Toyota nimmt Blockheizkraftwerk in Testbetrieb
Toyota hat den Testbetrieb eines Blockheizkraftwerks aufgenommen. Statt eines Verbrennungsmotors setzt Toyota eine Brennstoffzelle im Verbund mit einer Gasturbine ein und nennt es daher „Hybrid-Energieerzeugungssystem“
Toyota hat den Testbetrieb eines Blockheizkraftwerks aufgenommen. Statt eines Verbrennungsmotors setzt Toyota eine Brennstoffzelle im Verbund mit einer Gasturbine ein und nennt es daher „Hybrid-Energieerzeugungssystem“.
Es handelt sich um eine der ersten Anwendungen einer erstmals gegen Ende des letzten Jahrhunderts angedachten und seither in zahlreichen Labors erprobten Technologie im „echten Leben“, denn sie soll Strom und Wärme für das Toyota-Werk Motomachi in Toyota City liefern. Der Versuchsbetrieb soll Energieeffizienz, Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit des neuartigen Blockheizkraftwerks mit einer Nennleistung von 250 kW zeigen.
Toyota nimmt Blockheizkraftwerk in Testbetrieb (3 Bilder)
In den röhrenförmigen Zellen seines Reaktors werden mit auf rund ein bar Überdruck komprimierter Umgebungsluft und Erdgas bei hoher Temperatur (900 Grad) Wasserstoff und Kohlenmonoxid reformiert. An der Anode oxidieren die eingespeisten Brenngase H2 und CO Sauerstoffionen elektrochemisch zu H2O und CO2. Der erforderliche Sauerstoff wird in der Zelle aus der an der Kathode zugeführten Luft über den keramischen Elektrolyten abgetrennt, der bei hohen Temperaturen Sauerstoffionen leitet. Zwischen Anode und Kathode fließt Strom.
Brennstoffzelle mit Turbo
Um den größtmöglichen elektrischen Wirkungsgrad zu erreichen, wird die SOFC mit Brennstoffüberschuss betrieben. Das unverbrauchte Restgas wird in einer kleinen Gasturbine verbrannt. Mit ihrer Bewegungsenergie kann die Umgebungsluft verdichtet und vorgeheizt werden, welche die Brennstoffzelle laufend benötigt. Die übrige kinetische Energie wird genutzt, um Strom über einen Generator zu erzeugen. Ähnlich wie ein Turbolader an einem Verbrennungsmotor kann so eine Turbine auch den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle steigern. Die Ähnlichkeiten reichen allerdings nicht viel weiter.
Dieses Hybridsystem erreicht bereits dank seiner zweistufigen Stromerzeugung einen hohen Wirkungsgrad von 55 Prozent. Darüber hinaus steigert eine Kraft-Wärme-Kopplung, welche die bei der Stromerzeugung erzeugte Abwärme nutzt, die Gesamteffizienz auf rund 65 Prozent. Das liegt – wohlgemerkt, bei einem 250 kW-„Winzling“ – bereits heute im Bereich modernster Großkraftwerkstechnik. Das Institut für Verbrennungstechnik beim DLR, spricht 2014 diesem Hybridsystem sogar das Potenzial zu, „den höchsten denkbaren Wirkungsgrad bei der Stromproduktion“ zu erreichen.
Erdgas gilt wegen seines geringen CO2-Anteils beim Abgas als besonders wenig klimaschädlich, daher ist es der Kraftstoff der Wahl. Anders als ein BHKW mit einem Verbrennungsmotor könnte Toyotas Hybridsystem außer Erdgas auch mit Wasserstoff, Benzin, Dieselkraftstoff oder Biogas betrieben werden. Dank der kontinuierlich ablaufenden Verbrennung sowohl in der Brennstoffzelle als auch in der Turbine entstehen auch keine Partikel- oder Stickstoffdioxidemissionen und ohne mitverbrennendes Schmiermittel auch kein Kohlenwasserstoffausstoß. Eine aufwendige Abgasreinigung kann also entfallen. Ebenso gibt es außer der Turbine keine mechanisch verschleißenden bewegten Bauteile wie in einem Verbrennungsmotor.
Grundsätzlich gilt das auch für Autos, weshalb Wrightspeed bereits einen Müllaster mit einer Turbine (aber ohne Zelle) hybridisiert hat. Ob es aber auch für mobile Anwendungen zu einer Kopplung mit Brennstoffzellen kommen wird, ist heute noch nicht abzusehen, es ist ja noch nicht einmal sicher, ob es überhaupt eine nennenswerte Brennstoffzellen-Mobilität geben wird. Eine Möglichkeit, SOFCs einzusätzen, wären große Schiffe wegen ihrer Fähigkeit, Erdgastanks mitzuführen. In Autos dagegen sind heute Membran-Zellen die Technologie der Wahl. (fpi)