Die richtige Mischung

Ein eigentlich als Entwicklungsplattform gedachtes Brennstoffzellensystem vom Zentrum für Brennstoffzellen (ZBT) findet Beachtung bei Anwendern. Von Vorteil erweist sich u.a. die Spritzgußtechnik für die Bipolarplatten.

28. Juli 2005

Bislang wurde wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellenstromversorgungsgeräten keine realistische Marktchance eingeräumt. Ohne den Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur mit benutzerfreundlichen Speichern ist eine breit gefächerte Markteinführung nicht realistisch. Deswegen fokussierten die Entwickler am Duisburger Zentrum für Brennstoffzellen-Technik (ZBT) die Entwicklungen im Bereich mobiler Stromversorgung (APU-Technologie) auch vorrangig auf den weltweit verfügbaren Energieträger Flüssiggas. Parallel zu den Arbeiten an der Reformierung wurde dafür die eigene Stack-Technologie weiterentwickelt und ein Aggregat für den Betrieb mit Wasserstoff aufgebaut. »Das System war eigentlich als Entwicklungsplattform konzipiert, das zwar mit Wasserstoff getestet wurde, aber möglichst bald für den Betrieb mit Reformat aus Flüssiggas optimiert werden sollte. Wir wollten so vor allem Betriebsstrategien und neue Steuerungstechnologien testen«, so ZBT-Geschäftsführerin Prof. Angelika Heinzel.

So entstand ein komplettes, mit Wasserstoff betreibbares BZ-System und es stellte sich schnell heraus, daß den Ingenieuren des ZBT die Gratwanderung zwischen Kleinstsystemen, die fast keine Peripherietechnik benötigen, und größeren Aggregaten, die sich ein gewisses Maß an Eigenverbrauch leisten dürfen, hervorragend gelungen ist. Das auf der Hannover Messe 2005 präsentierte System wurde so entwickelt, daß nur wenig Peripherietechnik für die Medienversorgung notwendig ist und gleichzeitig ein sicherer Betrieb gewährleistet wird - auch für die Systemumgebung.

Bipolarplatten per Spritzguß in einer halben Minute

Wasserstoff wird aus Metallhydridspeichern oder Druckspeichern entnommen und dem Stack zugeführt. Der Anodengasweg wird durch einen katalytischen Brenner geschlossen, der das beim Purgen abgeblasene Restgas umsetzt und somit verhindert, daß Wasserstoff freigesetzt wird. Auf der Kathodenseite wird gefilterte Luft durch eine Pumpe dem Stack zugeführt, ein Axiallüfter kühlt den Stack. Gesteuert und überwacht werden diese Komponenten durch einen Mikrocontroller und Elektronikkomponenten. Inzwischen wurden nach Angaben des ZBT durch weitere Modifikationen Systemwirkungsgrade von gut 45 % erreicht - plötzliche hohe Lastsprünge sind dabei auch kein Problem.

Inzwischen scheint aus der einstigen Entwicklungsplattform ein liebes Kind potentieller Partner zu werden. Erste Systeme sollen im Sommer von einer Firma im Rahmen einer Veranstaltung als netzferne, dezentrale Stromversorger eingesetzt werden, weitere Firmen zeigen Interesse - dabei spielt die Systemtechnik eine ebenso große Rolle, wie die verwendeten Stacks.

Der wichtigste Vorteil der ZBT-Stacks sind die Bipolarplatten aus der eigenen Fertigung. Hier wurde inzwischen die Spritzgußtechnik etabliert, die den Vorteil hat, schnell und kostengünstig solche Platten in großen Stückzahlen herzustellen. Die Technologie ist dank aufwendiger Spritzversuche und umfangreicher Materialforschungen so weit, daß Bipolarplatten mit guten elektrischen Leitwerten in Zykluszeiten von etwa einer halben Minute hergestellt werden können.

»Das Henne-Ei-Problem löst sich langsam auf«

»Sowohl der als Binder verwendete Kunststoff als auch der beste Graphit und natürlich das richtige Mischungsverhältnis hängen von Plattengeometrien und Anforderungen des Stackbetriebes ab«, informiert Professorin Heinzel. Die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen Materialforschung und Produktionsverfahren erlaubt jetzt auch das Spritzen größerer Platten und neuer Geometrien.

»Das Henne-Ei-Problem der Brennstoffzellentechnik scheint sich langsam dank umfangreicher Entwicklungsarbeiten weltweit aufzulösen«, hat Dr. Peter Beckhaus vom Duisburger Institut erkannt. Es sei nicht mehr die Frage, was zuerst da sein muß: Wasserstoff oder Brennstoffzellensystem, kostengünstige Systemkomponenten oder einfache Systemtechnologie.

Alle diese Elemente, die tatsächlich für einen Markterfolg der Brennstoffzelle da sein müssen, seien so gut wie vorhanden: »Jetzt ist der entscheidende Funken Unternehmergeist gefragt, die Technologie in jene Märkte einzuführen, die den Mehrwert der Zelle wirklich nutzen wollen«, folgert ZBT-Mitarbeiter Dr. Beckhaus.

Erschienen in Ausgabe: 02/2005