Projekt des Monats Juni 2011

Dezentral, regenerativ, effizient: Neue SOFC-Hochtemperatur-Brennstoffzellen für die Biogasverstromung

Biogas ist einer der Hoffnungsträger bei der Umstellung der Energieerzeugung bzw. bei dem Aufbau einer dezentralen Energieversorgung. Dabei stellen schwankenden Biogaszusammensetzungen eine Herausforderung für eine effiziente energetische Nutzung dar. 

 

Hochtemperatur-Brennstoffzellen (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad bei der Verstromung von Brenngasen und eine hohe Toleranz gegenüber Verunreinigungen aus. Eine direkte Verstromung von Brenngasen, wie Biogas in der SOFC führen jedoch zu hohen Materialbelastungen (Thermospannungen) und aufgrund von Rußbildung zu starken Leistungseinbußen. Weiterhin kann das zugeführte Brenngas in der SOFC nicht vollständig umgesetzt werden. Wird jedoch das Biogas in einem vorgelagerten Reformer zu einem wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltigem Synthesegas umgesetzt, werden die Materialbelastungen in der SOFC minimiert und die Russbildung unterbunden.

 

Ein Forschungsprojekt der CUTEC Institut GmbH Clausthal und des Zentrum für Brennstoffzellen-Technik Duisburg zielt auf die Entwicklung eines Gesamtsystems bestehend aus Biogasreinigung, SOFC und Reformer zur Demonstration der hocheffizienten Biogas-Verstromung mittels dieser Technologie ab.

 

Besondere Herausforderung des Projekts besteht einerseits in dem Design des Reformers. Der Wärmebedarf der Reformierungsreaktion soll durch die Verbrennung des nicht umgesetzten Brennstoffes der SOFC in einem integrierten Brenner bereitgestellt werden. Entsprechend muss sich die der konstruktiven Gestaltung durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit von Brennraum zur Reformierungszone auszeichnen. Eine weitere Herausforderung stellt die Betriebsführung insbesondere des Reformers dar, um trotz unterschiedlicher Biogasqualitäten (u. a. schwankende Methananteile) eine Russbildung zu unterbinden und einen elektrischen Systemwirkungsgrad von über 45 % zu gewährleisten.

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