Kleine Kraftwerke für den Bauernhof

Dieses Thema im Forum "Netzwelt" wurde erstellt von xxxkiller, 15. Juli 2007 .

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  1. #1 15. Juli 2007
    Strom aus Biogas lässt sich in Brennstoffzellen erzeugen – wenn sie robuster werden. Denn je robuster jedoch die Technik wird, umso geringer sind die Anforderungen an den Brennstoff. Dann kann die Brennstoffzelle ihren Umweltvorteil voll ausspielen.

    DÜSSELDORF. Biogas vom Bauernhof wird üblicherweise verbrannt und die Energie per Generator in Strom umgewandelt. Doch Biogas kann auch direkt in Brennstoffzellen Elektrizität erzeugen. Der Rohstoff, geschöpft aus erneuerbaren Energiequellen, ist ein klimaneutraler Energieträger. Weil die Vergärung von Biomasse zu Biogas eine sehr effiziente Nutzung erneuerbarer Energien darstellt, liegt nun die Konsequenz nahe: Die biogastaugliche Brennstoffzelle muss her. Wissenschaftler arbeiten daran.

    Die Energieumwandlung nicht von einem Verbrennungsmotor, sondern in einer Brennstoffzelle erledigen zu lassen, hat zwei Vorteile: Erstens ist der Prozess sauberer als die beste Verbrennung. Und zweitens kann die Brennstoffzelle einen höheren elektrischen Wirkungsgrad erreichen.

    Aber Brennstoffzellen haben – zumindest bislang – auch einen Nachteil: Sie stellen oft höhere Anforderungen an die Gasqualität als die Verbrennungsmaschinen. Das Problem: Die Membran der Brennstoffzelle kann durch Verunreinigungen des Gases zerstört werden. Das gilt zumindest im Hinblick auf bestimmte Stoffe. Je robuster jedoch die Technik wird, umso geringer sind die Anforderungen an den Brennstoff. Dann kann die Brennstoffzelle ihren Umweltvorteil voll ausspielen.

    Mit dieser Entwicklung erreicht die Forschung eine neue Phase. Lange Zeit experimentierten Wissenschaftler mit Wasserstoff oder Methanol in Reinstform. Sie konzentrierten ihre Bemühungen auf die Funktion der Brennstoffzelle, nicht auf die Qualität der Gase. Je mehr sich die Technik nun aber der praktischen Anwendung nähert, umso mehr ist die Forschung gezwungen, auch die real existierenden Gasqualitäten zu berücksichtigen. Denn Klärgase, Deponiegase oder Biogase sind eine attraktive Energiequelle. Aber nur wenn der Aufwand der Gasaufbereitung im Rahmen bleibt, werden sich Biogas-Brennstoffzellen durchsetzen können.

    Allerdings entstehen Fortschritte in diesem Bereich oft nur durch Experimentieren. Theoretische Erkenntnisse darüber, welche Spurengase in welcher Konzentration welchen Typ von Brennstoffzelle schädigen können, gibt es nur sehr unzureichend. Man setzt also den Brennstoffen gezielt Stoffe wie Silizium, Chlor und Schwefel zu, um die Reaktionen der Zellen zu testen.

    Bei den Hochtemperaturzellen ist man bereits recht weit. Diese Zellen – zum Beispiel die Schmelzkarbonatzelle (MCFC) und die Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) – sind tendenziell unempfindlicher gegen Störstoffe als Niedertemperaturzellen. Deren bekannteste Variante ist die Protonen-Exchange-Membran-Zelle (PEMFC).

    Die MCFC ist gegenüber manchen Spurenstoffen sogar weniger empfindlich als ein Gasmotor. Auch die SOFC gilt als vergleichsweise gutmütig. Am Forschungszentrum Jülich wurden schon Experimente mit Braunkohlegas gemacht, bei denen eine SOFC bis zu 4 800 Parts per Million Ammoniak, 550 Parts per Million Toluol und 200 ppm Cyanwasserstoff ohne Schäden überstand. Die MCFC und die SOFC sind auch gegenüber Kohlenmonoxid recht tolerant. Schwefel hingegen schadet den Zellen generell.

    Kohlendioxid, das im Rohbiogas durchschnittlich zu rund 40 Prozent enthalten ist, kann die Brennstoffzelle sogar besser vertragen als jeder Motor. Denn bei einem Motor sinkt durch das unbrennbare Gas die Verbrennungstemperatur und damit die Energieausbeute. Brennstoffzellen hingegen unterliegen als elektrochemische Energiewandler nicht dem Prinzip des Carnot-Prozesses, der abhängig von der Verbrennungstemperatur einen physikalisch höchstmöglichen Wirkungsgrad definiert. Daher stört das Kohlendioxid hier nicht.

    Die Firma CFC Solutions, die heute das Brennstoffzellengeschäft der Firma MTU weiterführt, hat unter dem Namen Hotmodule bereits eine MCFC-Brennstoffzelle auf dem Markt, die mit Biogas und Klärgas betrieben werden kann. Das Unternehmen nennt aber zur erforderlichen Gasqualität bisher keine Daten. Die mitunter praktizierte vorherige Aufbereitung des Biogases auf Erdgasqualität – die auch im Zusammenhang mit der Einspeisung von Biogas ins Erdgasnetz derzeit ein großes Thema ist – kann für die Brennstoffzelle freilich nur ein Zwischenstadium sein: Langfristiges Ziel ist es, das Biogas auch ohne aufwendige Aufbereitung in Brennstoffzellen verstromen zu können.

    Die Forschung an der Gasqualität dürfte somit – neben dem Bestreben, die Kosten der Zellen zu senken – das wichtigste Thema der Brennstoffzellenforschung in den kommenden Jahren werden. Zumal der Gesetzgeber in Deutschland den Biogaseinsatz auch für Brennstoffzellen finanziell attraktiv gemacht hat: Zellen, die mit Biogas betrieben werden, fallen unter das Erneuerbare-Energien-Gesetz und erzielen damit für den erzeugten Strom deutlich höhere Einspeisevergütungen als Brennstoffzellen, die nicht-regenerative Energieträger nutzen.

    Quelle: handelsblatt.com
     

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