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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Energie aus Brennstoffzellen mit Biogas |
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| | | Um den Ausstoß von gefährlichen Treibhausgasen - vor allem Kohlendioxid, aber auch Methan oder Kohlenwasserstoffe -zu reduzieren, ist eine der wichtigsten Maßnahmen die Energieerzeugung mit Brennstoffzellen. Besonders hoch ist das Reduktionspotential, wenn Biogas - etwa aus der Vergärung landwirtschaftlicher Reststoffe - als Brennstoff verwendet wird. Eine derartige Testanlage ist in Asten bei Linz in Betrieb gegangen. |
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Wie Brennstoffzellen mit Biogas funktionieren können, ist Thema des EU-Forschungsprojekts "EFFECTIVE", das noch bis 2004 läuft und von Profactor, einem Kompetenzzentrum für Forschung und Entwicklung in Steyr, koordiniert wird.
Es ist mit über 3,5 Millionen Euro budgetiert, beteiligt sind Forschungsinstitutionen und Unternehmen aus Österreich, Deutschland, Spanien und der Slowakei.
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Elektrochemischer Prozess erzeugt Strom |
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Die Brennstoffzelle ist ein elektrochemischer Wandler, in dem sich Wasserstoff mit Sauerstoff in einem kontrollierten elektrochemischen Prozess (im Gegensatz zu Verbrennung oder Explosion) verbindet - dabei werden elektrischer Strom und Wärme erzeugt.
Ähnlich wie Batterien produzieren Brennstoffzellen Gleichstrom von niedriger Spannung. Eine Batterie beziehungsweise ein Akkumulator verbraucht zur Elektrizitätsherstellung einen chemischen Stoff, der in dem Zellenblock selbst enthalten ist. Bei den Brennstoffzellen dagegen werden die Brennstoffe dem Zellenblock kontinuierlich zugeführt, ähnlich wie bei einem Verbrennungsmotor.
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Emissionen bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen
Hochtemperatur-Brennstoffzellen sind hochwirksame elektrochemische Stromerzeuger. Speziell die in diesem Prozess freigesetzten Emissionen sind vernachlässigbar, da das Brenngas vorab einer peinlichen Reinigungsprozedur unterzogen werden muss. Damit liegen die Emissionen, insbesondere von Stickoxiden und Schwefeldioxid, weit unter den Emissionen, die bei konventionellen Kraftwerken gemessen werden.
Brennstoffzellen erreichen elektrische Wirkungsgrade von 40 bis 65 Prozent und erzeugen zusätzlich Wärme auf hohem Temperaturniveau, die für industrielle Verfahren aller Art verwendet werden kann. Aufgrund ihres modularen Aufbaus sind sie vielfältig einsetzbar. |
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Kernstück der Brennstoffzelle: Der Elektrolyt |
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Eine Brennstoffzelle besteht aus der Brennstoffelektrode (Anode) und der Sauerstoffelektrode (Kathode), die durch einen ionenleitenden Elektrolyten miteinander verbunden sind.
Die Elektroden sind über einen äußeren Stromkreis verbunden. Die verschiedenen Zelltypen unterscheiden sich durch den Elektrolyten - und durch die verwendeten Brenngase.
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Meist noch Erdgas als Brennstoff |
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Der für den Betrieb von Brennstoffzellen benötigte Wasserstoff wird synthetisch aus fossilen bzw. erneuerbaren Energieträgern erzeugt. Hochtemperatur-Brennstoffzellen wurden vor allem mit Erdgas als Brennstoff entwickelt, das derzeit auch vorwiegend bei stationären Brennstoffzellenanlagen eingesetzt wird.
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Innovation: Kombination mit Biogastechnik |
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Eine Kombination von Brennstoffzellentechnik und Biogastechnik macht es nun erstmals möglich, erneuerbare Energieträger mit einer hohen elektrischen Effizienz zu verstromen und hochwertige Wärme zu gewinnen. Gleichzeitig werden Geruchs-, Lachgas- und Methanemissionen gegenüber der reinen Lagerung von Gülle vermindert.
Biogas entsteht aus der Vergärung landwirtschaftlicher Reststoffe, aus der Abfallvergärung und industrieller Abwasserreinigung bzw. auch aus deren Kombination. Neben den Hauptkomponenten Methan und Kohlendioxid enthält Biogas auch Schwefelwasserstoff.
Um Biogas allerdings als Brennstoff für Karbonatschmelzen-Brennstoffzellen zu verwenden, muss es auf annähernd Erdgasqualität gereinigt werden, d.h. vor allem die Konzentration von Schwefelverbindungen muss reduziert werden. Dies erreicht man mit biologischen, chemischen und physikalischen Verfahren.
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Mobiler Teststand derzeit in Linz |
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Ziele des Projekts "EFFECTIVE" sind die Entwicklung von Reinigungsanlagen zur Entschwefelung sowie die Errichtung zweier Teststände mit insgesamt sechs Brennstoffzellen zu jeweils 300 Watt, die an bestehenden industriellen Biogasanlagen in Spanien, Deutschland, Österreich und der Slowakei installiert werden.
Die erste mobile Anlage mit chemischer Gasaufbereitung lief bereits in Deutschland. Der Testbetrieb in Linz, wo als Brennstoff Klärgas verwendet wird, ist bis mindestens November 2003 geplant, danach wird die Anlage in Spanien installiert.
Die zweite Anlage mit biologischer Gasaufbereitung ist an der Biogasanlage der Universität Nitra in der Slowakei fix installiert und war bisher ca. 2.000 Stunden in Betrieb. Dabei untersuchen die Wissenschaftler die Materialbeanspruchung der Zellen durch Biogas.
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Problem Kostenpunkt |
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Die Stromerzeugung mit Brennstoffzellen und Biogastechnik ist vor allem für Energieversorger und Abfallentsorger im organischen Abfallbereich von höchstem Interesse. Ein Problem stellen derzeit allerdings noch die Kosten dar, die bei rund 8.000 Euro pro kW liegen.
Mit dem Bau einfacherer und unempfindlicherer Zellen aber wollen die Brennstoffzellen-Hersteller in den nächsten vier Jahren eine Reduktion auf 1.500 bis 2.500 Euro pro kW erzielen. Ebenso soll die gesamte Peripherietechnik durch maßgeschneiderte Komponenten der innovativen Technologie angepasst werden.
Silvia Anner
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01.01.2010 |
