Die Brennstoffzelle verwandelt chemische Energie in Strom

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Die Brennstoffzelle verwandelt chemische Energie in Strom

(Fortsetzung aus Heft 2, 2002, S.6-10). Die Besonderheiten der 5 Typen von Brennstoffzellen und ihre Chancen für den industriellen Einsatz werden besprochen. Die AFC (alkalische Brennstoffzelle) wird mit konzentrierter Kalilauge als Elektrolyt betrieben. Sie gilt als ausgereift und wird in der Raumfahrt und beim Antrieb von Unterseebooten eingesetzt. Die PEMFC (Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle) wird zur Zeit vor allem als Antrieb von Elektrofahrzeugen erprobt. Entwickelt werden der Direktbetrieb mit Wasserstoff, die indirekte Reformierung von Methanol und die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle, die keinen Reformer benötigt. Die PAFC (Phosphorsäure-Brennstoffzelle) ist derzeit die einzige industriell verfügbare Brennstoffzelle. In einem Reformer wird Erdgas zu einem Prozessgas aufbereitet, das kleinere Mengen an Stickstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid enthalten darf. Ein PAFC-Blockheizkraftwerk (BHKW) mit Abwärmenutzung erreicht eine Brennstoffausnutzung von 80 %. In Japan wurde ein PAFC-BHKW mit einer Leistung von 11 MW errichtet. Die amerikanische Firma Onsi bietet PAFC-BHKW serienmäßig mit einer Leistung von 200 kW elektrisch und 220 kW thermisch an. Die Abgase enthalten praktisch keine Schadstoffemissionen. Die MCFC (Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle) hat mit 650 Grad C eine so hohe Betriebstemperatur, dass eine zellinterne Reformierung des Kohlenwasserstoffes erfolgt. Der Reformer entfällt. Die SOFC (oxidkeramische Brennstoffzelle) besitzt einen keramischen Elektrolyten, der nur für Sauerstoffionen durchlässig ist, und hat eine Betriebstemperatur bis 1000 Grad C. Bei Nachschaltung eines GuD-Kraftwerkes (Gas und Dampf) erhöht sich der elektrische Systemwirkungsgrad von 55 % auf 70 %. Eine besonders dünne und effiziente Bauform der SOFC wird zur Zeit im Forschungszentrum Jülich entwickelt. Die SOFC besitzt gute Chancen für einen künftigen Einsatz in Großkraftwerken.