Einsatz von Brennstoffzellen mikro KWK Anlagen im Haushaltssektor im Hinblick auf ihre ökologischen Vorteile - Brennstoffzellen im Methanisierungsprozess -

Stipendiatin/Stipendiat: Hristina Cigarida

Im vorangegangenen Teil dieser Forschungsarbeit lag der Schwerpunkt auf der Verwendung von Brennstoffzellen in Mikro-KWK-Systemen für den häuslichen Gebrauch. Die betrachteten Projekte (100KWK-Anlagen in Bottrop und ene.field-Projekt) zeigten, dass die Brennstoffzellen einen sehr hohen Gesamtwirkungsgrad (>95%) und einen sehr hohen elektrischen Wirkungsgrad (>47%) besitzen. Bei der Integration in Mikro-KWK-Systeme waren die Wirkungsgrade nahezu gleich. Eines der Hauptziele dieser Forschungsarbeit war es, die CO2-Einsparungen aufzuzeigen, die mit den Brennstoffzellen erreicht werden können. Die Ergebnisse der beiden Projekte zeigten, dass mit den Brennstoffzellen im Vergleich zu einem heimischen Erdgas betriebenen System, fast 35 % der CO2-Einsparungen erzielt werden können und dass mehr als 75 % der CO2-Einsparungen im Vergleich zu einem System, dass Kohle oder Strom als Hauptenergiequelle verwendet, erzielt werden können. Deutschland ist nach wie vor das führende EU-Land bei der Unterstützung der Nutzung der Brennstoffzelle als ein wesentlicher Teil der Erreichung der im Pariser Abkommen vereinbarten Ziele. Es wird erwähnt, wenn der Brennstoff für die Brennstoffzelle aus einer erneuerbaren Energie stammt, dieses System als emissionsfrei gilt. Dieses Ziel wird von der Forschung angestrebt.

Um dies zu zeigen, konzentrierte sich der zweite Teil dieser Forschungsarbeit mehr auf das Projekt „Store&Go“.

Hierbei handelt es sich um ein laufendes Projekt, das voraussichtlich Mitte des Jahres 2020 endet. Auch wenn das Hauptziel von Store &Go ein anderes ist als das Ziel dieser Forschungsarbeit, dient es auch dazu dieses Konzept zu beweisen. Hauptziel von Store&Go ist es zu zeigen, dass die überschüssige Energie, die aus erneuerbaren Energien (z.B. Strom aus Sonne und Wind) stammen, durch die Produktion von Wasserstoff oder synthetischem Erdgas langfristig gespeichert werden können. Dieser Prozess wird Power to Gas bezeichnet. Die Brennstoffzellen in diesem Prozess können auf zwei Arten eingesetzt werden. Zu Beginn wird in PtG-Systemen Wasser durch Elektrolysere in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Die Elektrolyseure können PEM-Elektrolyseure sein, die in entgegengesetzter Richtung arbeitende Brennstoffzellen sind. Anstatt Strom aus Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen, nutzen sie den Strom aus den erneuerbaren Energien, um das Wasser zu spalten um Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen. Der erzeugte Wasserstoff kann auf zwei Arten genutzt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, den Wasserstoff zu speichern und für häusliche oder auch industrielle Zwecke durch Mikro-KWK-Systeme mit Brennstoffzellen zu nutzen. Die zweite Option, die mehr im Fokus dieser Forschungsarbeit stand, besteht darin, den Wasserstoff mit CO2 zu kombinieren um synthetisches Methan (SNG) zu produzieren, dass in bereits bestehende Erdgasnetze eingespeist oder in Kavernen gespeichert werden kann. In diesem Fall kommt das CO2 aus der Industrie durch CO2-Abscheidungstechnologien. Dieses synthetische Erdgas kann dann wieder von den Brennstoffzellen in Mikro-KWK-Systemen genutzt werden. Die Erzeugung von Gasen aus erneuerbarer Energie mit Power-to-Gas ist der beste Weg, um große Energiemengen zu speichern und die Ziele des Pariser Abkommens für 2030 zu erreichen. Werden erneuerbare Energien zur Erzeugung des Gases oder Kraftstoffes für den Einsatz in Mikro-KWK-Anlagen genutzt, so gilt dieses System als emissionsfrei. Die Brennstoffzelle gilt daher als die perfekte "Green Box" und die beste Lösung zur Bekämpfung des Klimawandels.

Im Rahmen des Projekts Store&Go wurden drei Methanisierungsanlagen gebaut, die zur Herstellung von Methan unter Verwendung verschiedener CO2-Quellen eingesetzt werden. In der folgenden Präsentation wird der Prozess im Detail erläutert, ebenso wie die möglichen CO2-Quellen mit ihren CO2-Mengen und dem Potenzial von Methan, das mit dieser Technologie in Europa erzeugt werden kann. Da sich die Methanisierungsanlagen derzeit im Bau befinden, wird für diese Forschung eine kleine Methanisierungsanlage, die in Zusammenarbeit mit dem ZBT und anderen Partnern im Gas- und Wärme-Institut gebaut wurde genutzt, um zu zeigen, dass dieses Konzept funktioniert.

Auch wenn sich die Brennstoffzellen für KWK-Anlagen noch in einem frühen Entwicklungsstadium befinden, zeigen solche Projekte, dass die Potenziale dieser Systeme sehr hoch sind und beweisen, dass ihr Umweltnutzen und ihr Beitrag zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen ihre derzeit noch hohen Kosten ausgleichen.

Förderzeitraum:
07.02.2018 - 06.02.2019

Institut:
Gas- und Wärme-Institut Essen e. V. (gwi)

Betreuer:
Dr. Frank Burmeister

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