Brennstoffzellen Kohlfurth

Demonstration der energetischen Nutzung von Klärgasen in Brennstoffzellen

Projektdaten
AntragstellerWupperverband
PartnerFrauenhofer Institut Umsicht, Oberhausen & Universität GH Essen, Lehrstuhl für Abfallwirtschaft und Abfalltechnik
Beginn des Projektes07/2001
Abschluss des Projektes03/2004
FördermittelgeberMUNLV NRW
Fördersumme80%
Brennstoffzellen Kohlfurth
Brennstoffzellen Kohlfurth
Ziel des Projektes

Die Brennstoffzellentechnik mit ihrem hohen elektrischen Wirkungsgrad (> 40 %) kann auch zur Verstromung von Klärgas eingesetzt werden. Die GEW betreibt in Köln-Rodenkirchen bereits eine Brennstoffzelle vom Typ PAFC. Noch höhere elektrische Wirkungsgrade und geringere Anforderungen an eine Brenngaskonditionierung haben die neu entwickelten Hochtemperatur-(650 °C)-MCFC-Zellen. Das Potenzial dieser Zellen zur Nutzung von Schwachgasen soll erstmalig in Europa demonstriert werden.

Arbeitsprogramm
  • Untersuchung einer evtl. Brennstoffzellschädigung durch Siloxane 
  • Ermittlung der Toleranzgrenzen gegenüber Schwefel, Halogenen und Ammoniak
  • Entwicklung einer Gasreinigungsanlage auf Basis von neuen Adsorbentien, (keine
  • Druckwechseladsorption oder Tieftemperaturabscheidung)
  • Auswirkungen von Lastschwankungen und Schwankungen der Gaszusammensetzung auf die Leistung 
  • Bau eines Gasreinigungs-Prototyps
  • Betrieb eines MCFC-Brennstoffzellen-Teststack (elektrische Leistung ca. 1kW) und Test im Langzeitbetrieb
Ergebnisse
  • Einsatz eines ein dreistufigen Adsorbers (Sorbalit, Aktivkohle, Zinkoxid): Anforderungen von Brennstoffzellenherstellern an das Reingas können bei vorliegender Rohgasbeschaffenheit auch ohne Sorbalitabscheider eingehalten werden
  • Feststellung in welchen Umfang sich Siloxane mit Hilfe des Reformers abscheiden lassen
  • Ermittelung von Beladung und Standzeiten der Adsorber
  • Kosten für die Gasaufbereitung: etwa 4 ct/Nm³ bzw. 1,4 ct/kWh bei einem Systemwirkungsgrad der Brennstoffzelle von 45 %.
  • Der Anfahrvorgang war steuerungstechnisch sehr aufwändig - u. a. auf Grund sehr geringer zulässiger Druckdifferenzen zwischen Anoden- und Kathodengas
  • Zur Gewährleistung einer akzeptablen Lebensdauer des Reformers und der Brennstoffzelle (MCFC) ist eine nahezu vollständige Entfernung von Schwefelwasserstoff und Siloxanen auf Konzentrationen unter 0,1 ppm erforderlich
  • Kurzfristige Beaufschlagung des Reformers mit ungereinigtem Faulgas: Regenerierung nach einigen Stunden
Nutzen für den Wupperverband
  • Erprobung einer innovativen Technik
  • Bei späterer großtechnischer Umsetzung Steigerung der BHKW-Wirkungsgrade und damit der Stromproduktion auf etwa 50 %, damit Verminderung der aus der Abwasserreinigung resultierenden CO2-Emissionen des WV
  • Erwerb von technischem Know-How bzgl. Energiekonzepten für Kläranlagen, das ggf. über die WiW vermarktet werden kann
  • Bei derzeitigen Investitionskosten für eine Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle ist ein wirtschaftlicher Betrieb weder mit Erdgas noch mit Biogasen möglich; bei Weiterentwicklung der Brennstoffzelltechnik, dem Aufbau einer Serienfertigung und einer zukünftigen Senkung der Anschaffungskosten, kann ein Betrieb mit Biogasen gegenüber dem Betrieb mit Erdgas monetäre und ökologische Vorteile bieten
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