Mikro-Brennstoffzelle

Entwicklung eines Brennstoffzellensystems mit einem HT-PEM Stack und einem Methanol-Dampf-Reformer

Kurzbeschreibung

Dem stetigen Anstieg des Energiebedarfs stehen ein zunehmendes Umweltbewusstsein, die Klimaveränderung, die Verknappung der Rohstoffe und die kontinuierlich steigenden Preise für Energieträger gegenüber. Die Brennstoffzelle als effizienter Energiewandler mit potenziell hohem elektrischem Wirkungsgrad und niedrigen Schadstoffemissionen könnte ein Lösungsansatz sein, der sowohl den Anforderungen an Komfort und Sicherheit als auch der Umwelt gerecht wird. Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines kompakten, leistungsstarken und Reformat-tauglichen Brennstoffzellenstapels des Typs HT-PEM (High Temperature Proton Exchange Membrane) im Systembetrieb basierend auf dem Energieträger Methanol. Dieser soll mit einem Methanol-Dampfreformer gekoppelt werden und eine elektrische Leistung von 250 W liefern. Durch den Einsatz dieser Technologie mit geringeren Schadstoff- und Geräusch-Emissionen kann eine umweltschonende Alternative zu tragbaren motorischen Stromgeneratoren auf Basis von Diesel oder Benzin geschaffen werden. Mit Methanol wird ein regenerativ herstellbarer Energieträger genutzt. Aufgrund seiner Leistungsklasse kann das System in die Kategorie der kleinen und mittleren Systeme eingeordnet werden, die in Nischenmärkten eine gute Chance auf eine erfolgreiche Markteinführung haben.

Einsatzgebiete eines solchen Systems ergeben sich aufgrund der geringen Emissionen und der Möglichkeit zur Nutzung regenerativer Brennstoffe insbesondere bei Inselanwendungen, wie zum Beispiel in Blockhütten oder in Naturschutzgebieten, wo der Einsatz von Dieselkraftstoffen zu vermeiden ist.

Arbeitsziele des Projekts

Die in diesem Projekt geplanten Arbeitsschritte bestehen in der Optimierung des im vorangegangenen Projekt untersuchten Methanol-Dampf-Reformers, dem Aufbau eines Brennstoffzellenstacks mit Bipolarplatten aus Graphit, der Entwicklung einer Steuerung für das Gesamtsystem, sowie dem gekoppelten Betrieb des Stacks mit dem Reformer.

Die Arbeitsschritte sind in 5 Arbeitspakete (AP) aufgeteilt. Neben der Projektadministration in AP1 wird in AP2 der Reformer in Bezug auf die Kohlenmonoxidkonzentration und die Temperaturverteilung optimiert. In AP3 wird ein Brennstoffzellenstack aus HT-PEM-Membranen und Bipolarplatten aus Graphit mit 10 und 20 Zellen aufgebaut. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung eines geeigneten Kühlkonzeptes sowie der optimalen Druckverteilung über den Stack. Die Entwicklung und Erprobung einer Gesamtsystemsteuerung sind Inhalt des AP4. Der Systembetrieb aus Reformer und Stack wird in AP5 anhand eines Systems mit 10 und 20 Zellen nachgewiesen.

Durchführende Forschungsstellen

• OWI Oel-Waerme-Institut GmbH, Herzogenrath
• AixCellSys GmbH, Herzogenrath

Projektförderung

Deutsche Bundesstiftung Umwelt e.V., Osnabrück

Projektlaufzeit

September 2013 bis August 2015