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Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2014 vom 7. bis
11. April 2014
Jülich (forschungszentrum) - Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien nehmen die Schwankungen bei der
Stromerzeugung zu. Um sie auszugleichen, werden Speicher benötigt, die große Mengen Energie über
einen längeren Zeitraum aufnehmen können. Wasserstoff ist hierfür mit seiner hohen Energiedichte
optimal geeignet. Das Forschungszentrum zeigt auf der Hannover Messe, wie sich der klimafreundliche Energieträger
mithilfe sogenannter PEM-Elektrolyseure noch effizienter aus Wind- und Solarstrom gewinnen lässt. An Stand
C68 in Halle 27 werden außerdem innovative Testsysteme mit Brennstoffzellen aus den Jülicher Labors
präsentiert, die entwickelt wurden, um im Haus-, Fahrzeug- und Industriesektor hocheffizient Energie bereitzustellen.
"Die Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie besitzt ein enormes Potenzial für die effizientere
Nutzung und großskalige Speicherung von Energie. Wir arbeiten daran, die Grundlagen dafür zu schaffen,
die klimaneutrale Technologie in immer mehr Anwendungsbereichen auch wirtschaftlich wettbewerbsfähig zu machen.
Dazu optimieren wir die gesamte Produktionskette vom gezielten Werkstoffdesign bis hin zur Entwicklung neuer Herstellungsverfahren
und anwendungsnaher Systemlösungen", erklärt Dr. Bernd Emonts vom Jülicher Institut für
Energie- und Klimaforschung, Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3).
PEM-Elektrolyseure für Wind- und Sonnenstrom
Die Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser und Elektrizität durch Elektrolyse ist ein seit
über 100 Jahren etabliertes Verfahren. Aus wirtschaftlichen Gründen wird heute nur ein kleiner Teil des
Wasserstoffs auf diese Weise erzeugt, in der Regel durch sogenannte alkalische Elektrolyseure. Wissenschaftler
des Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK-3) arbeiten ausgehend von ihrer Expertise in der Erforschung
und Entwicklung von Brennstoffzellen mit einer protonenleitenden Polymermembran (PEM) an einem neuen Elektrolyse-Verfahren.
Die PEM-Elektrolyse soll es erleichtern, kompakte, überlastfähige Anlagen zu errichten. Gleichzeitig
verspricht sie eine höhere Leistungsdichte und einen höheren Wirkungsgrad. PEM-Elektrolyseure arbeiten
auch dann noch effizient, wenn infolge ungünstiger Wetterbedingungen nur wenig Strom zur Verfügung steht.
Umgekehrt ist die Technologie dafür ausgelegt, extreme Überlasten aufzunehmen. Somit könnte sie
etwa dazu beitragen, Lastspitzen abzubauen, wenn starker Wind weht. Ein Vorteil, der nicht nur der Stromausbeute
zugutekommt, sondern auch der Netzstabilität.
Blockheizkraftwerk mit Brennstoffzellen
Mini-Kraftwerke im Heizungskeller können Gebäude unabhängig vom Stromnetz mit Wärme und
Elektrizität versorgen. Durch die gekoppelte Strom- und Wärmeproduktion erreichen sie teilweise einen
Gesamtwirkungsgrad von über 90 Prozent. Neuartige Blockheizkraftwerke mit Brennstoffzellen arbeiten dabei
im Bereich der Stromerzeugung deutlich effizienter als konventionelle Gasmotoren. Insbesondere dieser gute elektrische
Wirkungsgrad kommt dem Trend nach vermehrtem Strom- und weniger Wärmebedarf entgegen. Um sie wettbewerbsfähig
zu machen, haben Jülicher Verfahrenstechniker ein Testsystem mit oxidkeramischen Hochtemperatur-Brennstoffzellen
(engl. Solid Oxide Fuel Cell; SOFC) und einer Leistung von 20 kW entwickelt. Es besteht aus vier Sub-Modulen, die
für eine kostengünstige Serienfertigung optimiert sind. Die verschiedenen Module – bestehend aus Brennstoffzellen-Stacks,
Wärmetauscher und Vorreformer zur Brennstoffaufbereitung – sind so ausgelegt, dass sie sich ohne Rohre einfach
aufeinanderstapeln lassen.
Umweltfreundliche Bordstromversorgung
Mit 3 bis 10 kW benötigen Trucks und Kühlwagen im Schnitt genauso viel Energie wie ein Mehrfamilienhaus.
Jülicher Wissenschaftler haben ein Brennstoffzellensystem entwickelt, das diesen Bedarf während der Fahrpausen
ohne laufenden Motor decken kann – deutlich leiser und effizienter als die gelegentlich zu diesem Zweck eingesetzten
Generatoren. Derzeit erproben sie am Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-3) ein Testsystem mit einer
elektrischen Leistung von 5 kW. Ein vorgeschalteter Reformer wandelt den Flüssigkraftstoff, den Diesel, für
die eingesetzten Hochtemperatur-Polymerelektrolyt- Brennstoffzellen (HT-PEFC) in Wasserstoff um.
Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC) können Methanol ohne zusätzliche Aufbereitung in einem Reformer
direkt in elektrischen Strom umwandeln. Der Brennstoff ist flüssig und damit einfach zu handhaben und leicht
in größeren Mengen zu lagern. Daher eignet sich dieser Brennstoffzellentyp insbesondere als Batterieersatz
für mobile Anwendungen und abgelegene Einsatzorte, die nicht ans Stromnetz angeschlossen sind. Sollte der
Brennstoff doch einmal zur Neige gehen, müssen die Systeme nicht langwierig aufgeladen werden – sie lassen
sich einfach wieder auftanken. Am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung entwickelte DMFC
Systeme werden derzeit für verschiedene Anwendungen getestet, etwa für die Notstromversorgung von Mobilfunkstationen,
die auch längere Zeiträume überbrücken kann, oder für Serviceroboter in Logistikzentren.
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