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Günstige dieselbetriebene Brennstoffzellen
Ein norwegisches Unternehmen entwickelt leise Dieselgeneratoren auf Basis einer neuartigen Brennstoffzelle. Nordic Power Systems , das die Generatoren für das Militär des Landes herstellt, hat eine von entwickelte 250-Watt-Festsäure-Brennstoffzelle erfolgreich getestet SAFCell , ein Spin-off von Caltech. Die Unternehmen arbeiten nun an einer 1,2-Kilowatt-Anlage.
Kraftwerke: Diese beiden Prototypen von Brennstoffzellenstacks von SAFCell erzeugen Strom aus Wasserstoff, auch wenn dieser aus Dieselkraftstoff gewonnen wird und mit bis zu 20 Prozent Kohlenmonoxid belastet ist. Beide bestehen aus 10 miteinander verbundenen Brennstoffzellen. Der kleine – mit einem Durchmesser von drei Zoll – erzeugt 30 Watt und der größere 200 Watt.
Festsäurebrennstoffzellen befinden sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Laut SAFCell sind sie jedoch einfacher als herkömmliche Brennstoffzellen und die Schlüsselkomponenten (wie der Elektrolyt) können aus relativ billigen Materialien hergestellt werden. Die Forscher, die die Technologie entwickeln, denken, dass sie billig genug sein könnte, um die Turbinen in hocheffizienten Kraftwerken zu ersetzen. (Die hohen Kosten bestehender Brennstoffzellen beschränken sie auf Nischenanwendungen wie Backup-Strom.)
Die neuen Generatoren arbeiten, indem sie in einem Prozess namens Reformierung Wasserstoffgas aus Diesel erzeugen (der Kraftstoff wird erhitzt, aber nicht verbrannt und mit Luft und Dampf vermischt). Der Wasserstoff wird dann in die Brennstoffzelle eingespeist, um Strom zu erzeugen. Anders als die in Autos getesteten Brennstoffzellen vertragen die neuen Verunreinigungen wie Kohlenmonoxid, die in Wasserstoff aus Diesel enthalten sind. In der Großserie könnten die neuen Brennstoffzellen zudem deutlich günstiger sein als Hochtemperatur-Festoxid-Brennstoffzellen, wie sie von Blütenenergie , weil sie bei niedrigeren Temperaturen arbeiten und daher keine teuren hitzebeständigen Materialien erfordern, sagt Calum Chisolm, CEO von SAFCell.
Festsäurebrennstoffzellen wurden erstmals vor 10 Jahren im Labor demonstriert. Sie basieren auf festen Säuren, die Wasserstoffionen oder Protonen gut leiten können, eine Klasse von Chemikalien, die in den 1980er Jahren entdeckt wurden, aber für Brennstoffzellen als unpraktisch galten, da sie sich in Wasser auflösen, das bei Brennstoffzellen entsteht kombinieren Wasserstoff und Sauerstoff. Sossina Haile, Professorin für Materialwissenschaften und Chemieingenieurwesen am Caltech, und ihre Kollegen fanden einen einfachen Weg, dieses Problem zu umgehen: Betreiben Sie die Brennstoffzellen bei Temperaturen, die hoch genug sind, um das Wasser in Dampf umzuwandeln, der die festen Säuren nicht auflöst.
Die resultierenden Brennstoffzellen kombinierten die Vorteile von zwei Haupttypen von Brennstoffzellen: Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen und Festoxidzellen. Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen vom Typ GM und andere Automobilhersteller, die in ihren Brennstoffzellen-Prototypen verwendet werden, sind praktisch, weil sie bei niedrigen Temperaturen laufen. Aber bei diesen niedrigen Temperaturen kann sich Kohlenmonoxid auf Katalysatoren ansammeln und sie daran hindern, ihre Arbeit zu tun. Dies erfordert, dass sie gereinigten Wasserstoffkraftstoff verwenden, der nicht weit verbreitet ist. Die neuen Festsäure-Brennstoffzellen können bei höheren Temperaturen (250 °C statt 90 °C) betrieben werden, bei denen Kohlenmonoxid kein Problem darstellt, also mit Wasserstoff aus Erdgas und sogar mit relativ schmutzigen Brennstoffen Diesel, der viel leichter verfügbar ist als Wasserstoff.
Die neuen Brennstoffzellen ähneln in ihrer Fähigkeit, eine Reihe von Brennstoffen zu verwenden, Festoxid-Brennstoffzellen. Letztere arbeiten jedoch typischerweise bei hohen Temperaturen – 800 °C bis 1.000 °C – und erfordern teure Materialien. Die neuen Brennstoffzellen, sobald sie in kommerzieller Produktion sind, werden voraussichtlich ungefähr so viel kosten wie Festoxid-Brennstoffzellen, die von Bloom Energy verkauft werden, sagt Chisolm, aber die Kosten könnten schnell auf etwa ein Zehntel der Kosten der Bloom-Technologie sinken Das Unternehmen entwickelt und setzt eine Reihe von Kosteneinsparungsmaßnahmen um. Dann wären die Brennstoffzellen billig genug, um mit hocheffizienten Turbinen in Kraftwerken konkurrenzfähig zu sein.
Eine große Herausforderung besteht darin, die Menge des verwendeten Platinkatalysators zu reduzieren, sagt Robert Savinell , Professor für Chemieingenieurwesen an der Case Western Reserve University. Haile und die Forscher von SAFCell haben bereits einen Platin-Palladium-Katalysator und Katalysatorabscheidungsverfahren identifiziert, die sowohl die erforderliche Platinmenge reduzieren als auch die Leistungsabgabe erhöhen, aber die Platinmenge muss noch weiter reduziert werden. Sie entwickeln neue Katalysatoren, die sich die Tatsache zunutze machen, dass das System bei relativ niedrigen Temperaturen arbeitet.
Eine andere Möglichkeit sei das Recycling des Platins, ein aufgrund der chemischen Zusammensetzung der Brennstoffzellen relativ einfacher Vorgang, sagt Chisolm. Dies, in Kombination mit einem guten Finanzierungsplan, könnte es den Brennstoffzellen ermöglichen, den Meilenstein von 1.000 USD pro Kilowatt zu erreichen, der weithin als der Punkt angesehen wird, an dem Brennstoffzellen massenhaft eingeführt werden, sagt er.