BMWi-Projekt: FlexSOFC

Die Kopplung von Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFCs) und Biomassevergasersystemen ist ein hochintegrativer Ansatz für die dezentrale Bereitstellung von Strom und Wärme. Dabei wird energiereiches biogenes Gas mit einem hohen elektr. Wirkungsgrad (bis zu 50 %) elektrochemisch umgesetzt. Die hohe Arbeitstemperatur an der Nickelanode der Brennstoffzelle (850 °C) begünstigt zusätzlich die Reformierung von langkettigen Kohlenwasserstoffen, wie etwa Teeren, die sonst üblicherweise aufwendig abgetrennt werden müssten.

In vorangegangenen Projekten stellte sich heraus, dass die schwankende biogene Gasqualität problematisch für den Betrieb der Brennstoffzelle sein kann. Unterschreitet das Gas einen gewissen Brennwert, so steigt die Brennstoffausnutzung innerhalb des Brennstoffzellenstacks unzulässig an. Die Folge sind lokale Reoxidationserscheinungen an der Nickelanode, welche die Zelle nachhaltig schädigen. Aufgrund dieser Problematik wurden bisherige SOFC Dauertests mit Holzgas stets mit sehr geringen Brennstoffausnutzungen (30 %) betrieben. Die sichere Realisierung eines höheren Brennstoffausnutzungsgrad führt zu einer deutlich höheren Leistungsdichte und damit zu einem wirtschaftlicheren Betrieb.

Im vom BMWi seit August 2016 geförderten Projekt FlexSOFC wird eine Möglichkeit untersucht, kritische Betriebszustände online zu identifizieren. Ein speziell entwickelter Leistungswechselrichter des Kooperationspartners NOVUM Engineering GmbH ermöglicht die rausch-
arme Aufzeichnung von Impedanzspektren während des SOFC-Betriebs. Aus den Impedanzspektrogrammen lassen sich Kenngrößen ableiten, die den momentanen Zellzustand beschreiben.

Ein am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik bestehender 1 kW Stackprüfstand wird im Laufe des Projekts so umgerüstet, dass synthetische Holzgasschwankungen impedanzdiagnostisch erfasst und regelungstechnisch entgegengewirkt werden können.

 

 

Mögliche Performanceverbesserung bei der Verwendung von Schwachgasen:

 

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