Brennstoffzelle läuft mit Diesel
Kalifornische und norwegische Entwickler arbeiten an neuartigen Stromgeneratoren, die Effizienz mit einfacher Handhabung kombinieren sollen.
- Kevin Bullis
Kalifornische und norwegische Entwickler arbeiten an neuartigen Stromgeneratoren, die Effizienz mit einfacher Handhabung kombinieren sollen.
Nordic Power Systems, ein Unternehmen, das unter anderem Stromversorgungsmodule für das norwegische Militär produziert, hat zusammen mit der kalifornischen Firma SAFCell eine neuartige Brennstoffzelle entwickelt, die künftig neuartige Dieselgeneratoren antreiben soll. SAFCell, ein Spin-off des California Institute of Technology, hat bereits ein 250-Watt-Modell der sogenannten Festsäurebrennstoffzelle (SAFC) demonstriert. Ein System mit 1,2 Kilowatt wird gerade entwickelt. Die Technik steht zwar derzeit noch am Anfang, doch die Partner glauben, dass die SAFC bei Massenfertigung deutlich billiger als konventionelle Brennstoffzellen sein wird, die derzeit noch ein Nischendasein fristen.
Das Gesamtsystem bestehen aus mehreren Teilen. Zunächst muss aus Diesel erst Wasserstoffgas hergestellt werden. Dabei wird der Treibstoff reformiert: Er wird erhitzt, aber nicht verbrannt – und dann mit Luft und Dampf vermischt. Der Wasserstoff wird anschließend in die Brennstoffzelle geleitet, um Strom zu erzeugen.
Im Gegensatz zu Polymerelektrolytbrennstoffzellen (PEFC) kann eine SAFC auch mit Unreinheiten wie Kohlenmonoxid umgehen, das in Wasserstoff aus Diesel verbleibt. Im Gegensatz zu Hochtemperatur-Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) wiederum arbeiten sie bei relativ niedrigeren Temperaturen und benötigen deshalb weniger hitzebeständiges Material, wie SAFCell-Chef Calum Chisolm betont.
SAFCs wurden erstmals vor rund zehn Jahren demonstrieren. Sie basieren auf festen Säuren, die Wasserstoff-Ionen (Protonen) besonders gut leiten. Die Klasse von Chemikalien wurde in den 80er Jahren erstmals entdeckt und galt bislang für Brennstoffzellen eigentlich als ungeeignet, weil sie sich in Wasser lösen können. Sossina Haile, Caltech-Professorin für Materialwissenschaften und Chemieingenieurwesen, fand zusammen mit ihren Kollegen eine einfache Antwort auf das Problem: Die Brennstoffzellen müssen bei Temperaturen laufen, die hoch genug sind, um aus Wasser Dampf zu machen, die Festsäuren aber gleichzeitig stabil halten.
Ergebnis ist ein System, das die Vorteile von SOFCs und PEFCs. Letztere Brennstoffzellen sind besonders in Autos interessant, weil sie bei niedrigen Temperaturen laufen – deshalb wurde die Technik etwa in Prototypen von GM verbaut. Bei geringen Temperaturen kann sich Kohlenmonoxid allerdings auf dem Katalysematerial sammeln und den Prozess damit stoppen. Aus diesem Grund muss für PEFCs stets gereinigter Wasserstoff verwendet werden, der nicht weitläufig verfügbar ist.
Die neuen Festsäurebrennstoffzellen laufen bei etwas höheren Temperaturen (250 statt 90 Grad Celsius), bei denen Kohlenmonoxid kein Problem darstellt. So lässt sich auch Wasserstoff nutzen, der direkt neben der Zelle hergestellt wurde – aus Erdgas oder sogar relativ schmutzigen Brennstoffen wie Diesel.
In ihrer Fähigkeit, mit einer Reihe von Treibstoffen umzugehen, ähneln die Festsäurebrennstoffzellen SOFCs. Diese arbeiten allerdings typischerweise bei sehr hohen Temperaturen zwischen 800 und 1000 Grad und benötigen deshalb teure und stabile Grundbestandteile. Die neuen Zellen sollen in der Massenproduktion nicht mehr kosten als SOFCs, wie sie heute schon vom US-Hersteller Bloom Energy angeboten werden, sagt SAFCell-Chef Chisolm. Die Preise sollen dann schnell auf ein Zehntel sinken, sobald die Firma eine Reihe von geplanten Sparmethoden ausentwickelt und umgesetzt hat. An diesem Punkt wären die Festsäurebrennstoffzellen dann billig genug, um mit Hocheffizienz-Turbinen in Kraftwerken zu konkurrieren.
Eine zentrale Herausforderung ist dabei die Reduzierung der Menge an Platin, die in den Zellen steckt, sagt Robert Savinell, Professor für Chemieingenieurwesen an der Case Western Reserve University. Haile und die anderen Forscher bei SAFCell haben bereits einen Platin-Palladium-Katalysator und neuartige Herstellungsmethoden beschrieben, die die Menge an Platin sowohl reduzieren als auch den Energieoutput erhöhen würde. Doch das reicht noch nicht. Deshalb entwickelt das Team grundlegend neue Katalysatoren, die die Tatsache nutzen, dass das System bei relativ geringen Temperaturen arbeitet.
Eine weitere Option wäre die Nutzung eines Platin-Recyclingprozesses. Der stellt sich aufgrund der einfachen chemischen Zusammensetzung der Festsäurebrennstoffzelle relativ simpel dar. Das könnte, zusammen mit einem soliden Finanzierungsmodell, die Grenze von 1000 Dollar pro Kilowatt knacken. Dann stünde einer Massennutzung nichts mehr im Weg, hofft SAFCell-Chef Chisolm. (bsc)
