Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen Teil 9.3.5

Teil 9.3.5 | MCFC

Der Betrieb der Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC = engl. Molten Carbonate Fuel Cell) erfolgt bei vergleichsweise hohen Temperaturen von rund 650 °C, weswegen sie zu den Hochtemperaturbrennstoffzellen zÀhlt. Bei dieser Temperatur zerbrechen (cracken) die langkettigen, organischen Kohlenwasserstoffverbindungen der EnergietrÀger und teilen sich in Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid. Als EnergietrÀger kann unter diesen UmstÀnden vieles dienen (z. B. Erd-, Kohle-, Bio- und Deponiegas).

Bei einer MCFC besteht der Elektrolyt aus chemisch aggressivem (korrosivem) Kalium- (K2CO3) und Lithiumkarbonat (Li2CO3), beides sehr preisgĂŒnstige Materialien. Das Karbonat wird so stark erhitzt, dass es schmilzt (ca. 480 °C) und die Ionen der Karbonatsalze beweglich sind. Die LadungstrĂ€ger in dieser Schmelze sind CO32--Ionen, die von der Kathode zur Anode wandern. Das auf der Anodenseite entstehende Kohlenstoffdioxid wird auf der Kathodenseite wieder zugefĂŒhrt, wo es mit der zugefĂŒhrten Luft zu CO32- reagiert. Somit liegt ein separater CO2-Kreislauf vor.

Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen können direkt mit Erdgas oder anderen kohlenwasserstoffhaltigen Brenngasen betrieben werden, da die Reformierung zellintern in der Anodenkammer stattfindet. Das bei der Reformierung produzierte Kohlenstoffdioxid wird mitverbrannt. Die darin gespeicherte Energie wird auf diese Weise mitgenutzt, wodurch der Wirkungsgrad weiter steigt. Dies ist möglich, da die MCFC aufgrund der hohen Temperaturen gÀnzlich unempfindlich gegen Kohlenstoffoxide ist. Die notwendige Gasreinigung beschrÀnkt sich lediglich auf die Entfernung von Schwefel- und Chlor-Verbindungen.

Der Aufheizvorgang einer MCFC nimmt mehrere Stunden in Anspruch, weswegen sie selten an- und abgeschaltet wird und sich hauptsĂ€chlich zum Einsatz im Grundlastbetrieb eignet. Die hohe AbwĂ€rmetemperatur (400 °C) ermöglicht jedoch die Auskopplung einer großen WĂ€rmemenge. Diese WĂ€rme kann zur Warmwasseraufbereitung, fĂŒr die Heizung und zum Antrieb einer nachgeschalteten Dampfturbine genutzt werden. Der Wirkungsgrad liegt allein fĂŒr das Brennstoffzellensystem bei rund 50 Prozent. Mit WĂ€rmeauskopplung sind 65 bis 90 Prozent möglich. Bisherige Versuche mit Biogas haben gezeigt, dass damit der Wirkungsgrad ebenso hoch ist wie mit Erdgas.

Ein Problem ist die beschrĂ€nkte Lebensdauer derartiger Brennstoffzellen. Das aggressive Milieu fĂŒhrt zur Auflösung der Kathode, einer Deformation der Elektrolytmatrix und zu Korrosion.

Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

Die Technik von gestern, heute und morgen

Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen. Bewusst leicht verstÀndlich gehalten und beschrieben. Es soll technikinteressierten als ein umfangreiches Literaturverzeichnis dienen.

Die grundlegend ĂŒberarbeitete Neuauflage unseres Buches zu diesem Thema ist hier erhĂ€ltlich. Aktuelle Entwicklungen wurden ergĂ€nzt, Überholtes entfernt. Neben den jĂŒngsten Trends vermittelt dieses Buch – wie schon seine VorgĂ€nger – die grundlegenden physikalischen ZusammenhĂ€nge, denn diese gelten ja bei allem Wandel nach wie vor.

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