Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Kraft-W\u00e4rmekoppelung auf Basis von Brennstoffzellen ist eine vielversprechende Option zur kosteng\u00fcnstigen und emissionsarmen Energieerzeugung. Sie ben\u00f6tigt den Energietr\u00e4ger Wasserstoff, hat aber als einzige Micro-KWK-Technologie ein CO2-Reduktionspotential von bis zu 20% gegen\u00fcber der effizien-testen Kombination zentrale Stromerzeugung (GUD) \/ dezentrale W\u00e4rmerzeugung (Gas-Brennwert).
\nNeben dem nahezu ger\u00e4uschlosen, wartungsarmen Betrieb ohne toxische Schadstoffemissionen und dem hohen elektrischen Wirkungsgrad selbst in kleinen 1-kW-Anlagen d\u00fcrfte der Einsatz von regenerativen, fl\u00fcssigen Energietr\u00e4gern ein wichtiger Erfolgsfaktor sein. Die CO2-Emissionen lassen sich so weiter drastisch reduzieren und das Marktpotential erweitert sich mit einem fl\u00fcssigen Energietr\u00e4ger erheblich.
\nDa es keine fl\u00e4chendeckende Infrastruktur f\u00fcr Wasserstoff gibt, spielt die dezentrale Reformierung von gasf\u00f6rmigen und fl\u00fcssigen Brennstoffen eine herausragende Rolle. Die Reformierung von nicht leitungsgebundenen, fl\u00fcssigen Energietr\u00e4gern er\u00f6ffnet der Brennstoffzelle dabei den Markt der netzfernen Stromerzeugung z. B. in den Anwendungsfeldern Campingmobilen, Yachten, und USV im Telekommarkt.
\nNeben fossilem LPG kommen Methanol, Ethanol oder DME in Frage. LPG ist fl\u00e4chendeckend vorhanden und Stand der Technik, Methanol wird wegen der Toxizit\u00e4t allgemein als kritisch eingestuft. Bio-Ethanol und DME sind verh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig einfach fl\u00fcssig mit hoher Energiedichte zu speichern. Die Reformierung von Bio-Ethanol stellt wegen der C-Doppelbindung jedoch eine besondere Herausforderung dar.
\nIm Rahmen dieses F\u00f6rdervorhabens wurden folgende Ziele verfolgt:
\n1.\tEntwicklung und den Aufbau von 2 Gaserzeugungseinheiten als Funktionsmuster im 1-2 kW Bereich f\u00fcr Systeme mit Hochtemperatur (120-160\u00b0C) – und Niedertemperatur (55-70\u00b0C) PEM-Brennstoffzelle in Modulbauweise.
\n2.\tSchwerpunktm\u00e4\u00dfiger Einsatz des regenerativen fl\u00fcssigen Energietr\u00e4gers Bio-Ethanol, was die grundlegende Entwicklung des Temperaturmanagements und die Auswahl der Katalysatoren f\u00fcr die ru\u00dffreie Steamreformierung sowie den sicheren Betrieb des Brenners mit fl\u00fcssigem Kraftstoff beinhaltet.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Bearbeitung wurde das Vorhaben in die folgenden vier Arbeitspakete untergliedert:
\nAP 1 Grundlagen
\nIn AP1 sollen die erfolgreichen Vorversuche zur Dampfreformierung und Verbrennung von DME, Metha-nol und Ethanol weitergef\u00fchrt und experimentell in praxisnahen Versuchstr\u00e4gern systematisiert werden.
\nAP 2 Entwicklung Fl\u00fcssigkeitsbrenner
\nDas FLOX\u00ae Brennersystem besteht aus einem Startbrenner nach dem Vormischprinzp f\u00fcr den Kaltstart und einen FLOX\u00ae-Brenner f\u00fcr den Betrieb mit \u00fcberwiegend anode-off Gas aus der Brennstoffzelle. Ziel des AP2 ist die Anpassung des Startbrenners an fl\u00fcssige Kraftstoffe und die Zu Dosierung des Kraftstoffes in den anode-off Gasstrom im Betrieb mit Brennstoffzelle. Unter Systemgesichtspunkten ist speziell f\u00fcr Ethanol zu ber\u00fccksichtigen, ob Ethanol rein, oder bereits als reformiertaugliche Ethanol-Wassermischung vorliegt.
\nAP 3 Prototypentwicklung Reformer C1\/HT-PEM
\nZielsetzung des Arbeitspaketes ist die Konstruktion, Fertigung und der Versuchsbetrieb eines Funktionsmusters f\u00fcr HT-PEM Systeme auf Basis des bestehenden Reformerdesigns und Erweiterung auf den in AP 2 entwickelten Fl\u00fcssigbrenners.
\nAP 4 Prototypentwicklung Reformer C1\/LT-PEM
\nZielsetzung des Arbeitspaketes ist die Konstruktion, Fertigung und der Versuchsbetrieb eines Funkti-onsmusters f\u00fcr LT-PEM Systeme auf Basis der in AP 3 erarbeiteten Ergebnisse.
\nAP 5 2000h-Dauertest mit Ethanol
\nGegenstand des Arbeitspaketes ist die Validierung der in AP 1 erarbeiteten Grundlagen in der in AP 2-4 entwickelten Hardware. Ferner die Demonstration der Funktion im Langzeitbetrieb.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Projekt wurden mehrere Optionen zur Reformierung von Ethanol auf einer Erdgas-Reformerplattform von WS Reformer erprobt. Zun\u00e4chst wurde ein Ethanol-Startbrenner zur Aufheizung des Systems entwickelt. Der Brenner muss mit reinem Ethanol betrieben werden und ben\u00f6tigt eine elektrische Vorheizung. Die Vorheizleistung kann auch bei Inselsystemen aus der Pufferbatterie erfolgen. Die technischen Rahmenbedingungen des Reformersystems legen die Speicherung des Kraftstoffes in reiner Form nahe. Es wurden Verfahren mit und ohne Vorreformierung f\u00fcr Niedertemperatur- und Hochtemperatur-Brennstoffzellen erprobt. Das \u00dcbersichtsschema zeigt die Optionen.<\/p>\n
Entsprechend der Zielstellung des Projektes k\u00f6nnen alle Optionen mit dem Medienversorgungsmodul best\u00fcckt werden, das aus Elementen des Standarderdgasreformers und Sonderbauteilen (gr\u00fcn) f\u00fcr den Ethanoleinsatz besteht. Die zweistufige Reformierung (Pre-Reformer und Reformer) wurde erfolgreich getestet (Option 1 und 3). Aus Kostengr\u00fcnden ist die einstufige Variante jedoch zu bevorzugen (Optio-nen 2 und 4). Letzte Ergebnisse mit einem neuen, kommerziell verf\u00fcgbaren Katalysatorsystem weisen darauf hin, dass dieser Schritt erfolgreich beschritten werden kann. In Folgeprojekten soll das System mit einer Brennstoffzelle gekoppelt werden und Langzeiterfahrungen \u00fcber mehrere tausend Stunden gemacht werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse wurden bisher noch nicht ver\u00f6ffentlicht. Es sind ein Artikel in einer Fachzeitschrift und die Vorstellung des Produkts auf der Hannover Messe 2012 geplant.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die technischen Ziele wurden weitgehend erreicht. Im Projekt konnten produktnahe Prototypen entwickelt werden. Die kommerzielle Verwertung muss zum Zeitpunkt des Projektabschlusses eher verhalten bis kritisch bewertet werden, da die Anfragen vom Markt f\u00fcr einen regenerativen, fl\u00fcssigen Kraftstoff waren in 2007\/2008 zahlreicher als heute.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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