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Brennstoffzellen - Funktionsweise und Anwendungen

Brennstoffzellen-Komplettsystem

Abb.1
Schematische Darstellung einer 250-Kilowatt-PEM-Brennstoffzelle als Containersystem
Mit freundlicher Genehmigung von der Vattenfall Europe AG

Dieses PEM-Brennstoffzellen-Komplettsystem war ab Juni 2000 für 36 Monate zu Testzwecken in Betrieb. Währenddessen produzierte es nicht nur 639 MW h Strom, sondern auch 621 MW h Wärme. Es zeigte sich, dass Wirkungsgrade um 80% (thermisch und elektrisch) realistisch sind: 41,3% (250kW) der Energie, die in Form von Brennstoffen zugeführt wurde, wurde als Heizwärme genutzt. Die Netto-Stromerzeugung entsprach mit rund 212kW 35,1% des Energieeinsatzes.

Ein komplettes Brennstoffzellen-System zur Strom- und Wärmeerzeugung besteht - außer aus den Brennstoffzellen, die zu einem Stack zusammengesetzt werden - je nach Erfordernis aus weiteren Komponenten:

  • Systeme zur Gasaufbereitung: Ist der Brennstoff, der zum Betrieb der Zelle gebraucht wird, nicht rein genug, ist eine Vorbehandlung erforderlich. So muss etwa Wasserstoff, der beim Reformieren anfällt, von Kohlendioxid, Kohlenmonoxid befreit und entschwefelt werden. Sonst würden diese Stoffe die Katalysatoren in den Brennstoffzellen angreifen und unbrauchbar machen.
  • Wärmetauscher: Sie dienen zur Auskopplung der Wärme, die bei den Reaktionen in den Brennstoffzellen erzeugt wird, um diese zum Heizen nutzen zu können.
  • Rohrleitungen, Pumpen und Verdichter: Sie sind erforderlich für das Gas- und Wärmemanagement, also um die Zelle mit Brennstoffen zu versorgen und Reaktionsprodukte und Wärme abzuführen.
  • Wechselrichter und Transformator: Sie konvertieren und transformieren die Gleichspannung, die am Brennstoffzellen-Stack anliegt, in eine Wechselspannung.
  • Membran-Befeuchter: Sie sorgen dafür, dass die Protonen-Austausch-Membranen des PEM-Brennstoffzellen-Stacks nicht austrocknen, was zu einer Minderung der Brennstoffzellen-Leistung führen würde.
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