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Forschungsergebnisse und Strategien zur Entwicklung von Brennstoffzellen und
Wasserstoffsystemen präsentierten der ForschungsVerbund Sonnenenergie (FVS) und
seine Partner auf der FVS-Jahrestagung am 25. und 26. November im Umweltforum
Berlin.
Brennstoffzellen sind eine Schlüsseltechnologie. Sie haben
bereits eine beachtliche technische, ökologische und ökonomische Reife und sind
heute in der Pilotphase. Wasserstofftechniken müssen vor allem aus strategischen
Gründen entwickelt werden, um in einer künftigen an Nachhaltigkeitszielen
orientierten Energieversorgung verfügbar zu sein. Für die Institute des FVS ist
es dabei besonders wichtig, die technischen und ökonomischen Systemzusammenhänge
von Brennstoffen und Brennstoffzellen zu optimieren.
Der ForschungsVerbund Sonnenenergie begrüßt die für 2005
beschlossene Erhöhung der Forschungsmittel für die erneuerbaren Energien um mehr
als 30% im Bundeshaushalt. Um das europäische Klimaziel, 30% der Treibhausgase
bis 2020 zu vermeiden, tatsächlich erreichen zu können, muss die Steigerungsrate
bei der Forschungsfinanzierung in den kommenden Jahren unbedingt fortgesetzt
werden.
Das jetzige Energiesystem wandelt sich zu einer nachhaltigen und
solaren Energiewirtschaft. Strom, Wärme und Kraftstoffe brauchen dafür
effiziente Wandler wie Brennstoffzellen und langfristig auch
Wasserstofftechnologien. Wasserstoff als Energiespeicher und Energieträger sowie
seine umweltfreundliche und wirtschaftliche Umwandlung mit Hilfe von
Brennstoffzellen mit hohen Wirkungsgraden werden dabei wichtige Bausteine sein,
um die erneuerbaren Energiequellen möglichst umfassend zu nutzen. Wasserstoff
wird nicht nur in seiner reinen Form verwendet werden, sondern auch als
Kohlenwasserstoffe oder in anderen chemischen Verbindungen. So lässt sich die
Energiedichte des Brennstoffs erhöhen, der dann weniger Volumen braucht, was für
Lagerung und Transport wichtig ist. Außerdem kann so die für herkömmliche
Treibstoffe schon vorhandene Infrastruktur genutzt werden.
Dr. Gerd Eisenbeiß, Sprecher des FVS, betont: "Das Interesse an
erneuerbaren Energien und Brennstoffzellen ist in den letzten Jahren ständig
gestiegen. Um die daran geknüpften Erwartungen an schadstoffarme Mobilität,
Strom- und Wärmeerzeugung und effiziente Energiespeicherung zu erfüllen, müssen
Brennstoffzellen und auch Wasserstoffsysteme in den nächsten Jahren verstärkt
erforscht und entwickelt werden. Der ForschungsVerbund Sonnenenergie und seine
Mitgliedsinstitute wollen dabei eine führende Rolle spielen."
Aktuelle Highlights aus der Forschung: Auf der Tagung
zeigen die Mitgliedsinstitute des FVS und ihre Partner, dass sie bei der
Technologieentwicklung von Brennstoffzellen und Wasserstofftechniken führend
dabei sind und stellen ihre aktuellen Forschungserfolge vor:
SOFC-Brennstoffzellen (Solid Oxid Fuel Cells)
PEM-Brennstoffzellen
(Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen)
Wasserstofferzeugung<img src="http://www.baulinks.de/webplugin/2004/http://www.baulinks.de/webplugin/2004/i/m-leer.gif" alt="Brennstoffzelle, Fuel Cell, Wasserstoffsysteme, Fuel Cells, ForschungsVerbund Sonnenenergie, Wasserstofftechnologie, Wasserstofferzeugung, Elektrolyse, Wasserstoffspeicher" width="8" height="8" border="0">
Brennstoffzellen und Energieversorgung
Brennstoffzellen und Verkehr
Es gibt eine positive Tendenz bei der Förderung von
Forschungsprojekten erneuerbarer Energien durch die Bundesregierung. So sind für
den Haushalt 2005 im BMU und BMBF 30% mehr Forschungsmittel eingestellt als in
diesem Jahr. Im BMVEL wird die Förderung verdoppelt. Der FVS begrüßt die
Steigerung des Etats und macht deutlich, dass diese Steigerung in den nächsten
Jahren fortgesetzt werden muss, um die Kohlendioxid-Einsparungsziele erreichen
zu können.
Neue Forschungsziele: Der ForschungsVerbund Sonnenenergie hat
den Forschungsbedarf zu den einzelnen erneuerbaren Energien in seiner Broschüre
"Forschungsziele 2005" formuliert und zeigt wofür die Forschungsförderung in den
kommenden Jahren konkret eingesetzt werden muss. Für Wasserstoff und
Brennstoffzellen besteht der Forschungsbedarf insbesondere zu folgenden Themen:
Das Forschungsnetzwerk "ReFuelNet" hat im November 2003 eine
Tagung am ZSW in Stuttgart veranstaltet. Der soeben erschienene Tagungsband
"Regenerative Kraftstoffe" zeigt den neusten Stand von Forschung und
Entwicklung zu regenerativen Kraftstoffen: Demonstrationsprojekte, politische
Rahmenbedingungen, Potenziale und zukünftige Perspektiven. Der Tagungsband kann
über die Geschäftsstelle bestellt oder im
Internet heruntergeladen werden.
zur Erinnerung: Der ForschungsVerbund Sonnenenergie (FVS)
ist eine Kooperation außeruniversitärer Forschungsinstitute in Deutschland. Mit
etwa 1000 Mitarbeitenden repräsentiert er ungefähr 80% der Forschungskapazität
auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien. Mitgliedsinstitute sind:
<div align='right'>Siehe auch:
ForschungsVerbund Sonnenenergie (FVS)</div>
Forschungsergebnisse und Strategien zur Entwicklung von Brennstoffzellen und
Wasserstoffsystemen präsentierten der ForschungsVerbund Sonnenenergie (FVS) und
seine Partner auf der FVS-Jahrestagung am 25. und 26. November im Umweltforum
Berlin.
Brennstoffzellen sind eine Schlüsseltechnologie. Sie haben
bereits eine beachtliche technische, ökologische und ökonomische Reife und sind
heute in der Pilotphase. Wasserstofftechniken müssen vor allem aus strategischen
Gründen entwickelt werden, um in einer künftigen an Nachhaltigkeitszielen
orientierten Energieversorgung verfügbar zu sein. Für die Institute des FVS ist
es dabei besonders wichtig, die technischen und ökonomischen Systemzusammenhänge
von Brennstoffen und Brennstoffzellen zu optimieren.
Der ForschungsVerbund Sonnenenergie begrüßt die für 2005
beschlossene Erhöhung der Forschungsmittel für die erneuerbaren Energien um mehr
als 30% im Bundeshaushalt. Um das europäische Klimaziel, 30% der Treibhausgase
bis 2020 zu vermeiden, tatsächlich erreichen zu können, muss die Steigerungsrate
bei der Forschungsfinanzierung in den kommenden Jahren unbedingt fortgesetzt
werden.
Das jetzige Energiesystem wandelt sich zu einer nachhaltigen und
solaren Energiewirtschaft. Strom, Wärme und Kraftstoffe brauchen dafür
effiziente Wandler wie Brennstoffzellen und langfristig auch
Wasserstofftechnologien. Wasserstoff als Energiespeicher und Energieträger sowie
seine umweltfreundliche und wirtschaftliche Umwandlung mit Hilfe von
Brennstoffzellen mit hohen Wirkungsgraden werden dabei wichtige Bausteine sein,
um die erneuerbaren Energiequellen möglichst umfassend zu nutzen. Wasserstoff
wird nicht nur in seiner reinen Form verwendet werden, sondern auch als
Kohlenwasserstoffe oder in anderen chemischen Verbindungen. So lässt sich die
Energiedichte des Brennstoffs erhöhen, der dann weniger Volumen braucht, was für
Lagerung und Transport wichtig ist. Außerdem kann so die für herkömmliche
Treibstoffe schon vorhandene Infrastruktur genutzt werden.
Dr. Gerd Eisenbeiß, Sprecher des FVS, betont: "Das Interesse an
erneuerbaren Energien und Brennstoffzellen ist in den letzten Jahren ständig
gestiegen. Um die daran geknüpften Erwartungen an schadstoffarme Mobilität,
Strom- und Wärmeerzeugung und effiziente Energiespeicherung zu erfüllen, müssen
Brennstoffzellen und auch Wasserstoffsysteme in den nächsten Jahren verstärkt
erforscht und entwickelt werden. Der ForschungsVerbund Sonnenenergie und seine
Mitgliedsinstitute wollen dabei eine führende Rolle spielen."
Aktuelle Highlights aus der Forschung: Auf der Tagung
zeigen die Mitgliedsinstitute des FVS und ihre Partner, dass sie bei der
Technologieentwicklung von Brennstoffzellen und Wasserstofftechniken führend
dabei sind und stellen ihre aktuellen Forschungserfolge vor:
SOFC-Brennstoffzellen (Solid Oxid Fuel Cells)
- Forscher des FZ Jülich entwickelten eine hitzebeständige
Metalllegierung, die für den serienmäßigen Einsatz in SOFC-Brennstoffzellen
besonders geeignet ist. Das Material wird unter dem Handelsnamen "Crofer 22 APU"
bereits industriell hergestellt und in Fahrzeuganwendungen getestet. Der neue
Werkstoff bietet viele Vorteile und trägt damit wesentlich zur Verlängerung der
Lebensdauer von Brennstoffzellen bei.
- Das FZ Jülich hat mit einem planaren
Festoxid-Brennstoffzellen-Stapel (SOFC) einen neuen Weltrekord aufgestellt. Mit
Wasserstoff liefert der SOFC-Stapel eine Leistung von 13,3 kW. Die
Betriebstemperatur von 760°C liegt um ca. 100°C niedriger als in bisherigen
Anwendungen. Dies wirkt sich günstig auf die Kosten und die Lebensdauer der
verwendeten Materialien aus.
PEM-Brennstoffzellen
(Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen)
- Beim DLR wurde eine analytische Methode entwickelt, um die
Zuverlässigkeit kommerzieller Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen-Stapel während
des Betriebes zu verbessern. Eine in den PEM-Stapel integrierte segmentierte
Sensorplatine erfasst permanent Informationen ortsaufgelöst über den
Betriebszustand der Brennstoffzellen. Ein Kontrollsystem leitet bei Störungen
sofort Gegenmaßnahmen ein, um den homogenen Zufluss der Brennstoffe zu
gewährleisten. Außerdem wurde diese Methode beim DLR weltweit zum ersten Mal in
einer SOFC-Zelle realisiert und bei den hier notwendigen hohen
Betriebstemperaturen von 800 °C erfolgreich getestet. Diese Methode ist ein
wichtiges Entwicklungswerkzeug zur Optimierung des Betriebsmanagements und der
Betriebszuverlässigkeit der SOFC.
- Am ZSW werden Polymer-Brennstoffzellen (Stapeltechnik mit bis zu
ca. 10 kW) optimiert und im Technikumsmaßstab gefertigt. Der Einsatz wird
gemeinsam mit industriellen Anwendern zu vielfältigen portablen und stationären
Brennstoffzellensystemen weiterentwickelt.
- Am HMI werden Kathoden-Katalysatoren für PEM-Brennstoffzellen
entwickelt, die ohne das bisher übliche teure Platin auskommen. Durch ihre
ausgezeichneten Methanol-Resistenz-Eigenschaften können sie nun auch in
Direktmethanol-Brennstoffzellen angewendet werden. Die Erprobung findet u.a. in
Zusammenarbeit mit dem FZ Jülich statt.
Wasserstofferzeugung<img src="http://www.baulinks.de/webplugin/2004/http://www.baulinks.de/webplugin/2004/i/m-leer.gif" alt="Brennstoffzelle, Fuel Cell, Wasserstoffsysteme, Fuel Cells, ForschungsVerbund Sonnenenergie, Wasserstofftechnologie, Wasserstofferzeugung, Elektrolyse, Wasserstoffspeicher" width="8" height="8" border="0">
- Die Wasserstofferzeugung mittels Elektrolyse in Kombination mit
PEM-Brennstoffzellen ermöglicht eine regenerative Stromversorgung von netzfernen
Verbrauchern z.B. für die Telekommunikation. Das Fraunhofer ISE demonstriert
dabei ein Energiemanagementsystem mit Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle im
Rahmen eines europäischen Projektes.
- Bisher wurde Wasserstoff vor allem mit Hilfe von Strom durch
Elektrolyse erzeugt. Das DLR hat ein neues Verfahren entwickelt. Dabei entsteht
Wasserstoff durch chemische Reaktionen im Sonnenofen aus Sonnenwärme und Dampf.
- Für die regenerative Wasserstoffgewinnung aus Biomasse wird am
ZSW eine neues Reformierungsverfahren entwickelt, das im Vergleich zu
konventionellen Verfahren eine effizientere und umweltschonendere Umwandlung
ermöglicht.
- Am Fraunhofer ISE wurden neuartige Reformer entwickelt, die
Wasserstoff aus Erdgas, Diesel und Kerosin bereitstellen. Im Dauerversuch (500
Stunden) blieben die Reformer-Katalysatoren nahezu degradationsfrei.
Brennstoffzellen und Energieversorgung
- Ein vom ISET entwickeltes neues Messverfahren erlaubt die
zuverlässige Erkennung von Netz- bzw. von Teilnetzausfällen und ermöglicht die
sichere Einbindung von Brennstoffzellen in elektrische Verteilungsnetze mit
verteilten Einspeisungen.
- Das ISET hat neue effiziente Wechselrichter entwickelt, die zur
Netzeinspeisung oder zur Inselnetzbildung mit Brennstoffzellen eingesetzt werden
können.
- Eine neue Studie unter der Federführung des DLR zeigt, dass
gerade in einer an ambitionierten Nachhaltigkeitszielen orientierten und im Zuge
des Ausbaus erneuerbarer Energien stärker dezentral organisierten
Energieversorgung Marktpotenziale für stationäre Brennstoffzellen eröffnet
werden. Auch wenn die ökologischen Vorteile der Brennstoffzelle erst beim
Einsatz regenerativ erzeugter Brennstoffe voll zum Tragen kommen, können
dezentrale Brennstoffzellen einen wichtigen Beitrag leisten, um den auch
mittelfristig noch notwendigen Anteil der fossilen Energieversorgung effizient
bereitzustellen.
- In Zusammenarbeit mit der Firma Masterflex wurde am Fraunhofer
ISE eine Brennstoffzelle mit einer Dauerleistung von 35W für die netzferne
Stromversorgung portabler Geräte zur Marktreife gebracht.
Brennstoffzellen und Verkehr
- Das FZ Jülich demonstriert mit seinem neuen Elektrofahrzeug "JuMOVe"
eine Anwendung mobiler Brennstoffzellen. Ein Elektrofahrzeug (Scooter) wurde so
umgerüstet, dass es mit einem Hybridantrieb aus Direktmethanol-Brennstoffzellen
(DMFC) und Lithium-Ionen-Akkumulator fährt. Der Scooter wird mit flüssigem
Methanol betankt und erreicht mit einer Tankfüllung eine Reichweite von ca. 120
km.
Es gibt eine positive Tendenz bei der Förderung von
Forschungsprojekten erneuerbarer Energien durch die Bundesregierung. So sind für
den Haushalt 2005 im BMU und BMBF 30% mehr Forschungsmittel eingestellt als in
diesem Jahr. Im BMVEL wird die Förderung verdoppelt. Der FVS begrüßt die
Steigerung des Etats und macht deutlich, dass diese Steigerung in den nächsten
Jahren fortgesetzt werden muss, um die Kohlendioxid-Einsparungsziele erreichen
zu können.
Neue Forschungsziele: Der ForschungsVerbund Sonnenenergie hat
den Forschungsbedarf zu den einzelnen erneuerbaren Energien in seiner Broschüre
"Forschungsziele 2005" formuliert und zeigt wofür die Forschungsförderung in den
kommenden Jahren konkret eingesetzt werden muss. Für Wasserstoff und
Brennstoffzellen besteht der Forschungsbedarf insbesondere zu folgenden Themen:
- Entwicklung kostengünstiger Materialien
- Erhöhung der Leistungsdichten und der Betriebszuverlässigkeit
- Designoptimierung von Zellen und Stacks
- Erforschung der optimalen Brenngaszusammensetzungen
- Erforschung und Entwicklung von Reformierungstechniken, um die bereits
vorhandenen Energieträger Erdgas und Diesel als Übergangstechnologie zu
nutzen - Entwicklung von Brennstoffzellen, die sich für Synthesegas (H2+ CO)
eignen - Entwicklung "reversibler” Brennstoffzellen/ Elektrolyseur-Systeme
- Weiterentwicklung der Niedertemperatur-Brennstoffzellen für die direkte
Einspeisung und effiziente Umwandlung von Methanol und verwandter Alkohole - Weiterentwicklung von SOFC- und MCFC-Brennstoffzellen für höhere
Leistungsdichten und unterschiedliche Brennstoffe - Weiterentwicklung der Brennstoffzellen-Systemtechnik zur Integration in
Versorgungsstrukturen
Das Forschungsnetzwerk "ReFuelNet" hat im November 2003 eine
Tagung am ZSW in Stuttgart veranstaltet. Der soeben erschienene Tagungsband
"Regenerative Kraftstoffe" zeigt den neusten Stand von Forschung und
Entwicklung zu regenerativen Kraftstoffen: Demonstrationsprojekte, politische
Rahmenbedingungen, Potenziale und zukünftige Perspektiven. Der Tagungsband kann
über die Geschäftsstelle bestellt oder im
Internet heruntergeladen werden.
zur Erinnerung: Der ForschungsVerbund Sonnenenergie (FVS)
ist eine Kooperation außeruniversitärer Forschungsinstitute in Deutschland. Mit
etwa 1000 Mitarbeitenden repräsentiert er ungefähr 80% der Forschungskapazität
auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien. Mitgliedsinstitute sind:
-
DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. -
FZJ Forschungszentrum Jülich GmbH -
Fraunhofer ISE Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme -
GFZ GeoForschungsZentrum Potsdam, Stiftung des öffentlichen Rechts -
HMI Hahn-Meitner-Institut Berlin GmbH -
ISFH Institut für Solarenergieforschung Hameln Emmerthal GmbH -
ISET Institut für Solare Energieversorgungstechnik -
ZSW Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung
<div align='right'>Siehe auch:
ForschungsVerbund Sonnenenergie (FVS)</div>
