Brennstoffzellen-Weltrekord: Das Wasserstoff-Kraftwerk im Haus

Brennstoffzellen-Weltrekord: Das Wasserstoff-Kraftwerk im Haus

von Angela Schmid

Rekord in Jülich: Eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle läuft dort seit acht Jahren.

Weltrekord am Forschungszentrum Jülich: Eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle läuft mittlerweile seit über acht Jahren - oder 70.000 Stunden. Das ist länger als je eine andere Brennstoffzelle mit keramischen Zellen zuvor.

Brennstoffzellen könnte die Zukunft gehören - das hört man allerdings auch schon seit längerer Zeit. Sie können, vereinfacht gesagt, Wasserstoff in Energie umwandeln und sind deshalb für Wasserstoffautos unabdingbar. Sie können aber noch mehr, etwa Strom und Wärme direkt im Haus erzeugen.

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Dazu wandelt die Brennstoffzelle chemische Energie in elektrische um. Bei sogenannten Festoxid-Brennstoffzellen (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) stecken die geladenen Teilchen allerdings in einem festen Stoff, nicht in einer gelösten Lauge oder Säure. Sie sind aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads besonders geeignet, um Haushalte und mit Energie zu versorgen. Als stationäre Brennstoffzellen im Haus gibt es sogar schon erste Produkte auf dem Markt.

Für die Jülicher Wissenschaftler ist diese Art von Brennstoffzelle aber eine besondere Herausforderung, denn sie wird ziemlich warm: „Die Betriebstemperatur von 700 Grad Celsius stellt enorme Anforderungen an die verwendeten Materialien", so Harald Bolt, Mitglied des Vorstands des Forschungszentrum Jülich.

Aber nicht nur die hohe Temperatur selbst, auch deren Änderung beim Ein- oder Ausschalten ist ein Problem. Sie beansprucht etwa das Dichtungsmaterial besonders stark. Den Jülicher Wissenschaftlern gelang es, Glasdichtungen zu entwickeln, die zumindest das Herunterfahren der SOFC auf 350 Grad Celsius gut verkraften - das ist die Temperatur, welche die Zelle im Standby-Modus hat.

SOFC können Wasserstoff und Erdgas nutzenBrennstoffzellen bestehen aus drei übereinander liegenden Schichten: Zwei gasführenden Platten und einem dazwischen liegenden Elektrolyt. Da eine einzelne Zelle nur eine sehr geringe Spannung erzeugt, werden je nach benötigter Spannung Zellen in Reihe geschaltet. Oder anders ausgedrückt: Sie werden aufeinander gestapelt - auch Stack genannt.

In Jülich wird die Brennstoffzelle mit Wasserstoff als Brenngas betrieben, sie verträgt aber auch Erdgas. Insgesamt lieferte sie seit dem Start des Experiments 3400 Kilowattstunden Strom – genug, um einen Haushalt ein Jahr lang zu versorgen. Über die gesamte Laufzeit wies der Stack nur eine sehr geringe Alterung auf (etwa 0,6 Prozent pro 1000 Betriebsstunden) - und neuere Stapel schneiden noch besser ab.

Festoxid-Brennstoffzellen  sind eine der Hochtemperatur-Varianten der Brennstoffzelle. Sie werden bei 600 bis 1000 Grad Celsius betrieben und liefern dabei elektrische Wirkungsgrade von bis zu 60 Prozent der eingesetzten Energie. SOFC haben außerdem den Vorteil, dass sie gegenüber den meisten Niedertemperatur-Brennstoffzellen, die nur reinen Wasserstoff in elektrischen Strom wandeln,  zusätzlich Methan und Kohlenmonoxid als Kraftstoff verwenden können.

Wissenschaftler des Forschungszentrums arbeiten schon seit 20 Jahren an der SOFC, für deren Entwicklung sie bereits 95 Patente erhalten haben. Auch der Rekord-Stapel besteht größtenteils aus selbstentwickelten Komponenten.  Im Blick haben sie auch eine Alternative zur SOFC, der sogenannten Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle. Ihr Vorteil: Sie muss nur drei Minuten lang aufgewärmt werden. Die SOFC benötigt dagegen 20 bis 30 Minuten, bis sie betriebsbereit ist.

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