Im Rahmen eines europäischen Forschungsprojekts wurde der Betrieb einer neuen Kraft-Wärme-Kopplungsanlage (KWK) auf Basis von Brennstoffzellen demonstriert. Die zentrale Idee des Projektes ist, Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran- (HT-PEM) Brennstoffzellen als KWK-Konzept für Anwendungen bis 100 kW elektrischer Leistung nutzbar zu machen.
Arbeitsweise der neuen KWK-Anlage
Die wesentlichen Bestandteile des KWK-Systems sind ein Brenngaserzeuger und der Brennstoffzellen-Stack. Der Stack lässt sich mit zwei Energiequellen betreiben: Wasserstoff und Erdgas. Sofern kein regenerativ erzeugbarer Wasserstoff verfügbar ist, kann das System in den Erdgasbetrieb umgeschaltet werden. Dann wandelt der Brenngaserzeuger Erdgas in Wasserstoff für den Betrieb der Brennstoffzellen.
Skalierbare Stromversorgung
Das getestete Gesamtsystem hat eine elektrische Leistung von bis zu 4,2 kW. Der elektrische Wirkungsgrad im Nennlastpunkt beträgt 46 Prozent im Wasserstoffbetrieb.
Die HT-PEM Brennstoffzelle arbeitet bei rund 160 °C und eignet sich zur Wärmeauskopplung in eine bestehende Heizungsinfrastruktur. In einer Vorstudie konnten Alterungsraten der Zellen von rund 4 µV/h nachgewiesen werden. Durch die Kopplung mehrerer Brennstoffzellenmodule lässt sich das System auf bis zu 100 kW Leistung skalieren. Somit könnte die KWK-Anlage genug Strom für größere Gebäude oder sogar kleinere Siedlungen erzeugen.
Internationale Zusammenarbeit
An der Entwicklung dieser neuen Generation von KWK-Anlagen haben acht Industrie- und Forschungspartner aus Dänemark, Deutschland, Italien, Spanien und der Tschechischen Republik gearbeitet.
Das Oel-Wärme-Institut OWI koordinierte die Arbeitspakete zur Entwicklung der Systemkomponenten sowie zum Aufbau und Test des Evaluierungssystems. Darüber hinaus hat OWI in enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern das KWK-Konzept entworfen, die Parameter zur Auslegung definiert und Auslegungsrichtlinien entwickelt.
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