Serienproduktion ist in Sicht

MTU Friedrichshafen geht bei Brennstoffzellen in die Offensive

Mit dem zweijährigen Feldtest bei den Stadtwerken Bielefeld hat für MTU Friedrichshafen ein neuer Abschnitt der Entwicklung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen begonnen. Die ehrgeizigen Pläne sehen vor, bis 2005 serienreife MCFC-Anlagen für den kommerziellen Betrieb anbieten zu können.

10. April 2001

Der offizielle Startschuss fiel am nasskalten 24. November 1999 in Bielefeld. Dass den Verantwortlichen von MTU Friedrichshafen, den dortigen Stadtwerken sowie deren Partnern BEB und Mobil bei der feierlichen Inbetriebnahme der nagelneuen Hochtemperatur- Brennstoffzelle dennoch warm ums Herz war, verwunderte nicht. Weltweit erstmals ging eine Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen-Anlage (MCFC = Molten Carbonate Fuel Cell) in den Testbetrieb unter Alltagsbedingungen. Zwei Jahre lang wird die Feuertaufe dauern, die Hersteller MTU Friedrichshafen seinem Hot Module genannten Zukunftskraftwerk unterzieht. Dabei soll es primär seine Standfestigkeit und Verfügbarkeit unter Beweis stellen.

In Bielefeld ideale Standortbedingungen

„Wir sind stolz darauf, dass diese Anlage bei uns in Bielefeld steht“, freute sich Stadtwerke-Geschäftsführer Wolfgang Brinkmann. Die Ostwestfalen hatten sich unter mehreren Bewerbern durchgesetzt, weil sie im Heizwerk der Universität ideale Testbedingungen bieten konnten. Strom, Prozessdampf und Wärme, die in der MCFC-Anlage gewonnen werden, fließen in die Versorgung der Hochschule sowie ins Netz der Stadtwerke ein. Ein weiterer Pluspunkt war, dass eine Forschungsgruppe der Fakultät für Chemie an der Uni Bielefeld unter Leitung von Prof. Dr. Katharina Kohse-Höinghaus die MTU-Ingenieure bei der Testauswertung vor Ort unterstützt. Zudem brachten die Stadtwerke mit ihren Erdgaslieferanten BEB Erdgas und Erdöl, Hannover, sowie Mobil Erdgas-Erdöl GmbH, Hamburg, zwei weitere potente Projektpartner mit ins Boot.

Die zentrale Komponente des Hot Modules ist ein kompakter Stahlzylinder, in dem sich ein Stapel aus 300 Brennstoffzellen befindet. In der auf 250 kWel und 160 kWth ausgelegten Anlage herrscht eine Betriebstemperatur von 650 °C. Dies hat den Vorteil, dass statt teurer Edelmetall-Katalysatoren Nickel die Brennstoffzellen-Reaktion in Gang bringt. Ein weiterer Nebeneffekt der hohen Arbeitstemperatur besteht darin, dass sich beim Zusammenführen von Erdgas und Wasserdampf in der Zelle Wasserstoff abspaltet, was eine Erdgas-Reformieranlage entbehrlich macht.

Noch eine Dimension eröffnet sich durch die hohe Prozesstemperatur: Aus der Abwärme wird Hochdruckdampf gewonnen, der in der Bielefelder Universität für Küche, Klimatisierung, Sterilisation und Forschung genutzt wird. Man könnte ihn aber auch einer Dampfturbine zuführen, wodurch sich der elektrische Wirkungsgrad von derzeit 52 % auf enorme 65 % steigern ließe.

Bis die MCFC-Technologie serienreif und wettbewerbstauglich ist, müssen die MTU- Entwickler allerdings noch eine Menge Arbeit leisten. Drei Punkte sind von besonderer Bedeutung: Die Senkung der Herstellungskosten insgesamt sowie die Lebensdauerverlängerung und Leistungssteigerung der Brennstoffzellen. Die Stromerzeugung in der Bielefelder Anlage ist noch rund sechsmal so teuer wie in einem Gasmotoren-Blockheizkraftwerk vergleichbarer Leistung.

Dipl.-Ing. Peter Kraus, der bei MTU Friedrichshafen für die in Ottobrunn angesiedelten Brennstoffzellen-Aktivitäten verantwortlich ist, blickt dennoch optimistisch in die Zukunft. „Die Anlage in Bielefeld ist quasi ein handgeschnitztes Unikat. Auch die Zellen werden derzeit noch in sehr kleinen Stückzahlen gefertigt, etwa zwei pro Tag. Wir wissen aufgrund unserer Berechnungen, dass wir bei Absatzzahlen oberhalb etwa 20 bis 40 MWel pro Jahr wettbewerbsfähige Energieerzeugungskosten erreichen können. Bevor man solche Stückzahlen produziert, muss auch die Anlagentechnik ausgereift sein. Unsere derzeitigen Planungen gehen vom kommerziellen Geschäft im Jahr 2005 aus.“

Wettbewerbsfähige Kosten erreichbar

Dem Thema Kostensparen sind auch Bemühungen zuzuordnen, den Anlagenaufbau zu vereinfachen und den Wirkungsgrad zu erhöhen. Derzeit leistet jede Zelle 0,8 kWel, erreicht werden soll 1 kWel. Die Lebensdauer des Zellstapels von heute rund 20.000 Betriebsstunden wollen die MTU-Techniker verdoppeln. Peter Kraus erläutert: „Wir wollen während der zweijährigen Erprobungszeit in Bielefeld Messwerte zum Degradationsverhalten der Zellen gewinnen. Das ist die langsame Verschlechterung der Zellleistung als Folge von zellinternen Materialveränderungen. Hierüber liegen weltweit noch sehr wenig Erfahrungen mit großen Zellblöcken vor, schon gar nicht über sehr lange Laufzeiten.“

Ein weitere MCFC-Anlage gleicher Leistung wird MTU Friedrichshafen dieses Jahr bei der Rhön-Klinikum AG in Bad Neustadt errichten. „Erste Ergebnisse der Versuche in Bielefeld werden bereits bei der Konstruktion des Hot Modules in Bad Neustadt berücksichtigt“, so MCFC-Chef-Entwickler Kraus.

Neben der DaimlerChrysler-Tochter gehören in Bad Neustadt das private Rhön- Klinikum und der Freistaat Bayern zu den Investoren. Mindestens eine weitere Anlage wird im Jahr 2000 außerdem in den USA entstehen. Dort wird MTU das Hot Module liefern und die US-Firma Fuel Cell Energy Inc. als Kooperationspartner die Peripherie-Anlagen. Weitere Mitglieder des Konsortiums, das sich seit 1990 mit der Entwicklung der MCFC- Technolgie beschäftigt, sind die Essener Unternehmen RWE Energie AG und Ruhrgas AG sowie die dänische Elkraft AmbA.

„Parallel zum Feldversuchsprogramm beginnt in diesem Jahr die Entwicklung des sogenannten Prototypen“, erläutert Peter Kraus die MTU-Strategie. „Das ist ein serientaugliches Gerät etwas größerer Leistung. In dessen Konzept und Detailkonstruktion fließen nicht nur Ergebnisse der Feldversuche ein, sondern auch die in der Zwischenzeit erarbeiteten Entwicklungsresultate. Der Prototyp soll Ende 2001 fertig sein und die Basis für eine erste kleine Serie von Early production Units legen. Die ersten Anlagen könnten im zweiten Halbjahr 2002 ausgeliefert werden.“

Was nach Ablauf der Testphase mit der für die Expo 2000 registrierten Bielefelder MCFC-Anlage geschieht, ist offen. Die Zwei-Jahres-Frist ist laut Peter Kraus ein vertragliches Ziel, auf das die technisch bedingte Lebensdauerbegrenzung keinen Einfluss hatte. „Unsere Vereinbarung mit den Stadtwerken Bielefeld sowie BEB und Mobil sieht vor, dass nach Abschluss der Tests über die weitere Verwendung der Anlage neu entschieden wird. Das Ergebnis wird natürlich maßgeblich von den Betriebserfahrungen abhängen.“ (gj)

Erschienen in Ausgabe: 01/2000