Brennstoffzelle
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Die Brennstoffzellentechnik [EN: fuel cell] ist eine Technik zur umweltfreundlichen Nutzung von Energie für die Wärme- und Stromerzeugung. Die Brennstoffzellentechnik gehört zu den Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK).
Brennstoffzelle
Die Energie von Brennstoffzellen wird hergestellt aus:
- Wasserstoff
- Methanol
- Erdgas oder
- Kohlegas
Allen Brennstoffzellen-Konzepten ist gemeinsam, dass ein wasserstoffhaltiger Kraftstoff die Energie für den Antrieb liefert, sei er gasförmig oder flüssig. Steht kein reiner Wasserstoff zur Verfügung, wird das verwendete Erdgas oder Methanol zunächst zu Wasserstoff umgewandelt (reformiert), bevor es in der eigentlichen Brennstoffzelle zu Energie umwandelt wird.
Katalysatoren mit hohem Wirkungsgrad enthalten in der Regel teures und knappes Platin. Ein breite Verwendung würde zu einer weiteren Verknappung und Verteuerung führen.
Typen von Brennstoffzellen
AFC
Alkalische Brennstoffzellen (Alkaline Fuel Cell) Betriebstemperatur: 60..200°C, Brennstoff: Hochreiner Wasserstoff oder CO2-freies Reformat, Elektrischer Wirkungsgrad: 40-60%, Leistungsbereich: 100 W..20 kW, Entwicklungsstand: kommerziell verfügbar, Einsatzbereiche: Raumfahrt, Militärtechnik
PEFC | PEMFC | SPFC
- Polymerelektrolytbrennstoffzelle (EN: Polymer Electrolyte Fuel Cell - PEFC) oder
- Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (EN: Proton Exchange Membrane Fuel Cell - PEMFC) oder
- Feststoffpolymer-Brennstoffzelle (EN: Solid Polymer Fuel Cell - SPFC)
ist eine Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle (Betriebstemperatur: 80..100°C); Brennstoff: Wasserstoff, Methanol oder Reformat; Elektrischer Wirkungsgrad: 40-60%; Leistungsbereich: 100 W..10 MW; Entwicklungsstand: Prototypen; Einsatzbereiche: Fahrzeugantriebe, Hausenergieversorgung, portable Anwendungen
Es werden auch Hochtemperatur-PEMFC (Hochtemperatur Polymermembran Brennstoffzelle HTPEM) mit Betriebstemperaturen bis zu 200°C entwickelt.
DMFC
Direktmethanol Brennstoffzelle mit Polymermembran. Arbeitstemperatur 60-130 °C
PAFC
Phosphorsaure Brennstoffzellen (Phosphoric Acid Fuel Cell) Betriebstemperatur: 150..250°C; Brennstoff: Wasserstoff, Erdgas oder Reformat; Elektrischer Wirkungsgrad: 40-50%; Leistungsbereich: 200kW..10 MW; Entwicklungsstand: Kleinserie; Einsatzbereiche: Heizkraftwerke
MCFC
Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen (Molten Carbonate Fuel Cell) Betriebstemperatur: 550..650°C; Brennstoff: Erdgas oder Kohlegas; Elektrischer Wirkungsgrad: >60%; Leistungsbereich: >100 MW; Entwicklungsstand: Prototypen; Einsatzbereiche: Heizkraftwerke, Kraftwerke
SOFC
Oxidkeramische Brennstoffzellen (Solid Oxide Fuel Cell) Betriebstemperatur: 900..1.100°C; Brennstoff: Erdgas oder Kohlegas; Elektrischer Wirkungsgrad: >60%; Leistungsbereich: >100 MW; Entwicklungsstand: Prototypen; Einsatzbereiche: Heizkraftwerke, Kraftwerke
Wirkungsweise von PEMFC Brennstoffzellen-Geräten
PEMFC-Brennstoffzellengeräte funktionieren nach dem folgenden Prinzip:
- Im Reformer werden Erdgas, Wasserdampf und Luft zu einem wasserstoffreichen Gas umgewandelt.
- Im Kernstück des Heizgerätes, der PEM-Zelle (Proton Exchange / Polymer Membrane) wird der Wasserstoff mit Luft zu Wärme und Elektrischer Energie umgewandelt.
- Ein Inverter wandelt den Gleichstrom in den üblichen Wechselstrom um.
