brennstoffzellen-systeme - energietechnik der...

Brennstoffzellen-Systeme -Energietechnik der Zukunft?

Entwicklungsstand und Perspektiven der stationärenBrennstoffzellen-Technologie

Grundlagen

Beispiele

Wirtschaftlichkeit

Förderungsmöglichkeiten

Dr. Günter R. Simader (E.V.A. – Energieverwertungsagentur) undDipl.-Ing. Thomas Heissenberger (AUSTRIA FERNGAS Gesellschaft m.b.H.)

Informationsbroschüre im Rahmen des Projektes „Brennstoffzellen-Informations-Initiative“ im Auftrag des Bundesministeriums für Wissenschaftund Verkehr

Wien, August 1999

AUSTRIA FERNGASGesellschaft m.b.H.

Brennstoffzellen für die dezentrale Energieversorgung

Seite 2

ISBN 3-901381-79-1 Impressum:Eigentümer(in), Herausgeber(in) und Verleger(in):Energieverwertungsagentur – Verein zur Förderung der sinnvollen Verwertung von Energie(E.V.A.), Linke Wienzeile 18, A-1060 Wien, Tel.: (+43-1) 586 15 24, Fax: (+43-1) 586 94 88,e-mail: [email protected] undAUSTRIA FERNGAS Gesellschaft m.b.H., Schubertring 14, 1010 Wien, Tel.: (+43-1)5131585, FAX: (+43-1) 5131585-32, e-mail: [email protected]. vertreten durch Univ.-Prof. Dr. Manfred HeindlerAFG vertreten durch Dkfm. Heinz Krug, Dr. Raimund Sovinz, Dr. Wilhelm KoutnyGesamtleitung: Dipl.-Ing. Dr. Günter R. SimaderReviewing: Dr. Margaretha Bannert, Mag. Renate HutterLayout: Dipl.-Ing. Thomas HeissenbergerHerstellung: Wien

mailto:[email protected]


Vorwort

Seite 3

Inhaltsverzeichnis

Vorwort ___________________________________________________________________5

1 Grundlagen ____________________________________________________________7

2 Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle _____________________________________12

2.1 Allgemein _____________________________________________________________ 12

2.2 Die Brennstoffreformierung ______________________________________________ 14

2.3 Schematischer Aufbau einer Brennstoffzellen-Anlage _________________________ 16

3 Brennstoffzellen-Typen__________________________________________________18

3.1 Die alkalische Brennstoffzelle (AFC) _______________________________________ 20

3.2 Die Protonenelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEFC) ______________________ 20

3.3 Die phosphorsaure Brennstoffzelle (PAFC) _________________________________ 24

3.4 Die Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC) ______________________________ 27

3.5 Die oxidkeramische Brennstoffzelle (SOFC) _________________________________ 28

4 Aktivitäten der österreichischen Gaswirtschaft _______________________________31

4.1 Einführung ____________________________________________________________ 31

4.2 Betriebserfahrungen mit der „österreichischen“ PC25-A______________________ 32

4.3 Betriebserfahrungen mit der „Nürnberger“ PC25-C__________________________ 35

4.4 Europäischer Erfahrungsaustausch ________________________________________ 38

5 Auslegung und Wirtschaftlichkeit einer Brennstoffzellen-Anlage________________39

6 Förderungsinstrumente in Österreich ______________________________________45

6.1 Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) ________________ 45

6.2 Forschungsförderungsfonds für die Gewerbliche Wirtschaft (FFF)______________ 46

6.3 ERP-Fonds ____________________________________________________________ 47

6.4 Österreichische Kommunalkredit AG ______________________________________ 48

7 Das 5. Rahmenprogramm der EU _________________________________________49

8 Zusammenfassung _____________________________________________________51

9 Literatur______________________________________________________________53


Seite 4

10 Wichtige internationale und österreichische Kontaktadressen, F&E-Institute undKnow-How Träger ___________________________________________________ 55

11 Liste von EU-Projekten _______________________________________________ 60

Vorwort

Seite 5

VORWORTDie Motivation für die Anfertigung dieser Broschüre war eine mehrfache. Einerseitsergab eine Industriebefragung, die von der E.V.A. in den Jahren 1998/99durchgeführt wurde, daß es in Österreich eine Reihe von Industrieunternehmen gibt,die sich für das Thema „Brennstoffzelle“ sehr interessieren. Andererseits kam beidiesen Interviews klar zum Ausdruck, daß das Thema „Brennstoffzelle“ einen mittel-bis langfristigen Stellenwert in der F&E Prioritätensetzung der Unternehmeneinnimmt, daß aber Ressourcen für das „Monitoring“ des Istzustandes nicht bzw.nicht im ausreichenden Maße zur Verfügung stehen.

Weiters stand zu diesem Zeitpunkt bereits fest, daß die Europäische Union verstärktBrennstoffzellen-Projekte im 5. Rahmenprogramm fördern wird. Aufgrund derErgebnisse der ATLAS Studie /L 1/ und der Arbeiten von Hagler Bailley /L 2/ wurdenzudem Brennstoffzellen als eine Schlüsseltechnologie für die europäische F&ELandschaft im 21. Jahrhundert eingestuft.

Nichts lag daher näher, als das Thema „Brennstoffzelle“ zu priorisieren und eineBrennstoffzellen-Informations-Initiative durchzuführen, welche zudem vomBundesministerium für Wissenschaft und Verkehr unterstützt wird. Ziel dieserInitiative ist es, interessierte Unternehmen/Institutionen über den Stand der Technikzu informieren und als Katalysator für die Initiierung von F&E Projekten in derösterreichischen F&E Landschaft zu wirken.

Die Produktlinien, die sich aus den F&E Aktivitäten der Brennstoffzellen-Herstellerherausbilden, sind dabei als sehr heterogen einzustufen. Die Anwendungen reichenvon Mini-BHKWs1 (mehrere kWel Leistung), BHKWs (50 kWel bis 5 MWel) undKombikraftwerken von Brennstoffzelle und Gasturbine zu Anwendungen inPersonenkraftwagen, Bussen, Schiffen und nicht zuletzt zu „Consumer“-Anwendungen für Notebooks, Mobiltelefone, Camcorder, etc. Dies bedingt auch einesehr heterogene Interessensgruppe von „stake holders“, bestehend ausIndustrieunternehmen in den verschiedenen Sektoren, öffentlichen Institutionen und

1 BHKW ist die Kurzbezeichnung für Blockheizkraftwerk


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diversen anderen Personengruppen, die mit dieser Initiative angesprochen werdensollen. Heterogen sind auch die Instrumente des Informationstransfers, die vonBroschüren über Workshops, Studienreisen bis zu individuellenBeratungsgesprächen reichen.

Die vorliegende Informationsbroschüre deckt in erster Linie Anwendungen für denstationären Bereich ab, wobei der Stand der Technik der verschiedenen Typenbeschrieben und die Wirtschaftlichkeit der derzeitigen Demonstrationsanlagenanhand eines Fallbeispieles aufgezeigt wird.

Einen wesentlichen Bestandteil bilden auch die Erfahrungen derAUSTRIA FERNGAS, die seit etwa einem Jahrzehnt auf dem Gebiet derBrennstoffzellen aktiv ist.

Einen besonderen Stellenwert bekommen die nationalen und internationalenFördermöglichkeiten, die für die Abwicklung von F&E Projekten von besondererWichtigkeit sind. Weiters bietet die Broschüre eine Liste der bereits gefördertenProjekte im 4. Rahmenprogramm der EU, um die bisherigen Themenschwerpunkteauf europäischer Ebene vorzustellen. Kontaktadressen zu den verschiedenenHerstellerfirmen und Know-how Trägern mit den aktuellen Links runden dieBroschüre ab.

Für weitere Fragen stehen Ihnen die Autoren dieser Broschüre gerne zur Verfügung.

Wien, 23. August 1999; Dr. Günter R. Simader; Dipl.-Ing. Thomas Heissenberger

Grundlagen

Seite 7

1 GRUNDLAGENDas Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle wurde bereits im Jahre 1839 von WilliamGrove erkannt und in einer „Wasserstoff-Sauerstoff-Batterie“ realisiert. DieEntdeckung des Dynamoprinzips durch Werner von Siemens im Jahre 1866verdrängte allerdings die Bedeutung der Brennstoffzelle für die Stromerzeugungzunächst völlig.

Die Diskussion um die Beeinflussung des Klimas, vornehmlich durch dasTreibhausgas CO2, und die beschränkt zur Verfügung stehenden fossilenEnergieträger führten zu einem Diskussionsprozeß, der einen „nachhaltigen“Umgang mit den Energieressourcen forcierte.

Der Schwerpunkt bei derzeitigen Energieversorgungskonzepten liegt in derenUmweltverträglichkeit und der möglichst optimalen Nutzung des Brennstoffs.Brennstoffzellen, als äußerst effiziente und umweltfreundliche Energietechnologie mitäußerst niedrigen Schadstoffemissionen, erfüllen diese Anforderungen und sind ausdiesem Grund in den siebziger Jahren für die stationäre Energieversorgung quasi„wiederentdeckt“ worden.

Bei einer konventionellen Kraft-Wärme-Kopplung (z.B. mit einem Gasmotor) wird dieim Brennstoff chemisch gebundene Energie (die sogenannte „Enthalpie“) durch dieVerbrennung zunächst in thermische Energie und erst dann in elektrische Energieumgewandelt.

In einer Brennstoffzelle hingegen wird die Enthalpie des Brennstoffes direkt inelektrische und thermische Energie gewandelt. Sie vermeidet damit Zwischenschrittebei der Energiewandlung und unterliegt nicht den Beschränkungen durch denCarnot-Wirkungsgrad, wie dies bei konventionellen Systemen der Fall ist.


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Chemische Energiedes Brennstoffes Elektrische Energie

Kinetische EnergieThermische Energie

Stromerzeugung mit Brennstoffzellen

Konventionelle Stromerzeugung mit Gasmotor

Direkte Umwandlung

Indirekte Umwandlung

Stro

mer

zeug

ung

im

Gen

erat

or

Verb

renn

ung

Abbildung 1 Umwandlungsstufen bei der Stromerzeugung

Der Einsatz von Brennstoffzellen für stationäre Energiesysteme ist für die folgendenProduktlinien konzipiert worden:

(i) Als Mini-BHKW2 bis zu einer Leistungsgröße von einigen kWel vorwiegend fürden Gewerbe- und Haushaltsbereich.

(ii) Als klassisches BHKW mit einer Leistungsgröße zwischen 50 kWel und 5 MWel

für den Einsatz im industriellen und kommunalen Bereich (z.B. fürKrankenhäuser, für Brauereibetriebe, für die Versorgung von Siedlungsgebieten,etc.).

(iii) Als dezentrale Stromerzeugungseinheiten mit einer Leistungsgröße von 5 bis60 MWel (im industriellen Bereich von IPPs3).

Brennstoffzellen-Systeme werden sowohl für den stationären als auch für denmobilen Bereich entwickelt. Insbesondere aus der in den letzten Jahreneinsetzenden „boomenden“ Entwicklung in der Automobilindustrie erwartet man sichSynergien, die zu erheblichen Kostenreduktionen der Brennstoffzellen-Einheiten

2 BHKW ist die Kurzbezeichnung für Blockheizkraftwerk.

3 IPPs ist die Abkürzung für „Independent Power Producers“.

Grundlagen

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führen könnten, wovon insbesondere die Mini-BHKW- und/oder klassischen BHKW-Einheiten basierend auf der PEFC-Technologie4 profitieren sollten.5 Kritiker meinenhingegen, daß durch die stark unterschiedlichen Anforderungen (Lebensdauer,Startzeit, Ansprechverhalten) von mobilen auf stationäre Anwendungen kaumAuswirkungen gegeben sein werden.

Der Markteinführung von Brennstoffzellen-Systemen stehen noch verschiedenetechnische und wirtschaftliche Barrieren entgegen. Insbesondere sind die zum Teilnoch zu niedrige demonstrierte Lebensdauer, der abnehmende Wirkungsgradwährend der Laufzeit, die wenigen Anbieterfirmen und die hohen Investitionskostenanzuführen. Weiters ist in diesem Zusammenhang auf den derzeit noch niedrigenEntwicklungsstand von Brennstoffzellen verglichen mit den marktbeherrschendenKonkurrenzsystemen hinzuweisen. Allen Entwicklungen steht der Sprung zu einemkonkurrenz- und marktfähigen Produkt noch bevor.

Abbildung 2 geht auf den klassischen F&E-Zyklus von Energietechnologien ein,bestehend aus Forschung, Entwicklung, Demonstration und Verbreitung bis hin zurKommerzialisierung, der auch auf den Einsatz von Brennstoffzellen-Systemenangewandt werden kann. Entscheidende Bedeutung kommt dabei derDemonstrationsphase zu, da in dieser Phase die realen Bedürfnisse derAnwendergruppen getestet werden und die Technologie an die realenMarktverhältnisse adaptiert wird. Erfolgreiche Demonstrationsprojekte sind sowohl fürdie Entwicklungsfirmen als auch für die zukünftigen Investoren von entscheidenderBedeutung, bevor Ressourcen für die Erschließung der weltweiten Marktpotentialeeingesetzt werden können.

4 Siehe Abschnitt 3.2 Die Protonenelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEFC) auf Seite 20

5 Die Zielkosten für Brennstoffzellen für den mobilen Bereich werden mit 50 US-$/kW angegeben. Fürstationäre Anlagen werden Systemkosten von 400 bis 1.500 US-$/kWel genannt. /L 3/


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F&E Pilot- anlage

Demonstrationsprojekte mit Sub-Lieferanten und

realen AnwendernVerbreitungs-

aktivitätenKommerzialisierung

und VermarktungRessourcen- und

Technologie- assessment

Abbildung 2 zeigt den klassischen Produktentwicklungszyklus von Energietechnologien.Brennstoffzellen-Systeme haben den Status von Pilot- und Demonstrationsanlagen – abhängigvom Typus – noch nicht überschritten!

BHKW Anlagen basierend auf der phosphorsauren Brennstoffzellen-Technologie6

konnten bisher als einziges System den Status von Demonstrationsanlagenerreichen. Mini-BHKWs basierend auf der PEFC7- und SOFC8- Technologie befindensich derzeit noch im Labor- bzw. Prototypen-Status. DezentraleStromerzeugungsanlagen im MWel-Bereich befinden sich derzeit noch in derKonzeptionsphase und die F&E Arbeiten konzentrieren sich auf das Scaling-up vonderartigen Anlagen.

Es wird von den verschiedenen Entwicklungsfirmen prognostiziert, daß dieangeführten Schwachstellen in den kommenden Jahren durch vermehrte F&EAnstrengungen beseitigt werden können. Für den Einsatz in technischenEnergiesystemen wird damit der Markteintritt zu Beginn des neuen Jahrtausends –abhängig vom Produkt – einen festen Platz als dezentralesEnergieversorgungssystem einnehmen.

6 Siehe Abschnitt 3.3 Die phosphorsaure Brennstoffzelle (PAFC) auf Seite 24.

7 FUSSENDNOTEREFSEITENREF Siehe Abschnitt 3.2 Die Protonenelektrolytmembran-Brennstoffzelle(PEFC) auf Seite 20.

8 Siehe Abschnitt 3.5 Die oxidkeramische Brennstoffzelle auf Seite 28.

Grundlagen

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Zusammenfassend werden noch einmal die Vor- und Nachteile von Brennstoffzellen-Systemen aufgelistet:

Vorteile:

(i) Hoher elektrischer und thermischer Wirkungsgrad,9

(ii) gutes Teillastverhalten,(iii) äußerst geringe Schadstoffemissionen,(iv) lange Betriebsperioden zwischen auftretenden Störfällen,(v) keine rotierenden Teile in den Hauptaggregaten und(vi) geringe Schallemission (Lüfter und Pumpen).

Nachteile:

(i) Zum Teil noch zu niedrige bzw. unsichere tatsächliche Lebensdauer10,(ii) mit der Lebensdauer abnehmender Wirkungsgrad,(iii) hohe spezifische Investitionskosten,(iv) geringer Entwicklungsstand10,(v) noch zu geringe demonstrierte Verfügbarkeit und(vi) noch wenige Herstellerfirmen.

9 Ergänzend soll festgehalten werden, daß BHKW-Systeme basierend auf Verbrennungskraftmotorenheutzutage einen Wirkungsgrad von bis zu 40 %el (UHW) erreichen und in Leistungsgrößen zwischen 100 kWund 5 MW (BHKW-Ausführung) mit Brennstoffzellen-Anlagen basierend auf der phosphorsauren undPolymerelektrolytmembran-Technik konkurrieren können. Oxidkeramischen und Karbonatschmelze-Brennstoffzellen werden Wirkungsgrade bis 50 %el (UHW) prognostiziert. Die Wirkungsgrade vonBrennstoffzellen werden detailliert in Abschnitt 3 auf Seite 18 behandelt. UHW ist die Abkürzung für denunteren Heizwert.

10 insbesondere bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen.


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2 FUNKTIONSPRINZIP EINERBRENNSTOFFZELLE

2.1 Allgemein

Die Arbeitsweise einer Brennstoffzelle ist mit der Umkehrung der Elektrolyse desWassers vergleichbar. Während bei der Elektrolyse durch Zufuhr von elektrischerEnergie das Wassermolekül in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird,reagieren in einer Brennstoffzelle H2 und O2 unter Abgabe von elektrischer undthermischer Energie zu Wasser.

Der prinzipielle Aufbau einer Brennstoffzelle ist in Abbildung 3 dargestellt. Es gibtmehrere Typen von Brennstoffzellen. Unabhängig vom Typ besteht eineBrennstoffzelle aus zwei Elektroden, einer Anode und einer Kathode, die durch einengasundurchlässigen, protonenleitenden Elektrolyten voneinander getrennt sind. DieElektroden hingegen besitzen eine poröse Struktur und sind damit gasdurchlässig.

AnodeElektrolyt

Kathode

Luftsauerstoff (O )2

Restsauerstoff u. Wasserdampf H O)

(O )(

2

2

Brenngas (H )2

Restgas (H )2

+-

Abbildung 3 Schematischer Aufbau einer Brennstoffzelle

Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle

Seite 13

An die Anode wird Wasserstoff antransportiert, von dem ein Teil wie folgt reagiert:11

H2 � 2 H+ + 2 e- (1)

Die Elektronen (e-) fließen über den Stromkreis zur Kathode und verrichten dabeielektrische Arbeit. Die Protonen (H+) wandern durch den Elektrolyten zur Kathode.

An der Kathode wird der Sauerstoff nach folgender Gleichung umgesetzt:

½ O2 + 2H+ + 2e- →→→→=

==

=H2O (2)

In einer dritten Teilreaktion verbinden sich die Sauerstoffionen mit den Protonen zumReaktionsprodukt Wasser:

2 H+ + ½ O2- � H2O (3)

Als Bruttoreaktion ergibt sich folgende exotherme Reaktion:

2 H2 + O2 � 2 H2O (∆H = -285,8 kJ/mol) (4)

Von der Kathode wird der überschüssige Sauerstoff und der Wasserdampfabgeleitet. Der nicht umgesetzte Wasserstoff an der Anode kann zurückgeführtwerden.

Die theoretische Leerlaufspannung einer H2/O2-Zelle beträgt bei Raumtemperatur1,23 V und sinkt mit steigender Zelltemperatur. Um höhere Spannungen undLeistungsdichten zu realisieren, werden Zellen in Serie zum sogenannten Zellstapel12

geschaltet.

Wird elektrische Arbeit verrichtet, so verringert sich die Leerlaufspannung durch deninneren elektrischen Widerstand der Zelle.

Bei einer phosphorsauren Brennstoffzelle mit einer typischen Arbeitstemperatur vonca. 200 °C beträgt die Betriebsspannung einer Zelle im Neuzustand nur noch 0,64 V(bei einer Stromdichte von ca. 300 mA/cm2), die sich während der Betriebszeit durchirreversible Alterungsvorgänge langsam verringert.

11 Die angeführten Elektrodenreaktionen sind Beispiele und gelten für die Brennstoffzellen mit sauremElektrolyten (z.B. PEMFC und PAFC). Die Charakterisierung der verschiedenen Brennstoffzellen-Typen wirdim Abschnitt 3 auf Seite 18 durchgeführt.

12 Oft wird für den Brennstoffzellen-Stapel auch die englische Bezeichnung „stack“ verwendet.


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Der Anteil an Brennstoffenthalpie, der nicht in elektrische Energie umgewandeltwerden kann, wird in thermische Energie umgesetzt und durch Kühlung vomBrennstoffzellen-Stapel13 abgeführt.

2.2 Die Brennstoffreformierung

Brennstoffzellen-Systeme müssen in der Lage sein, in der Praxis übliche Brennstoffe(„logistische“ Energieträger) zu verarbeiten. Für stationäre Anlagen kommen ausdiesem Grunde vorwiegend die Energieträger Erdgas und Propan zum Einsatz. Inden letzten Jahren sind auch verstärkt F&E Tendenzen zu erkennen, welcheWasserstoff aus den verschiedenen Formen der Biomasse extrahieren.

Da in der Brennstoffzelle Wasserstoff und Sauerstoff umgesetzt werden, muß derverwendete Brennstoff so aufbereitet werden, daß das der Anode zugeführte Gaseinen möglichst hohen Anteil an Wasserstoff besitzt. Kathodenseitig wird in denmeisten Fällen Luftsauerstoff eingesetzt, der über einen Staubfilter gereinigt wird.

Die nachfolgende Beschreibung zeigt die Reformierungs-/Konvertierungsreaktionen,die für die Herstellung von Wasserstoff aus Methan erforderlich sind. DieseBeschreibung sollte als Beispiel dienen, um grundsätzlich die verfahrenstechnischenSchritte für die Herstellung von Wasserstoff aus C-hältigen Energieträgern (inkl.Biomasse) aufzuzeigen.

Methan wird mit Dampf angereichert, auf etwa 800 °C erhitzt und in einem speziellenAggregat, dem Reformer, in Anwesenheit eines Katalysators nach folgenderGleichung umgesetzt:

CH4 + H2O � CO + 3 H2 (∆H = 206,3 kJ/mol) (5)

Diese Reformierungsreaktion ist endotherm, sie läuft nur unter Zufuhr von Wärme ab.Die Wärme wird durch Verbrennung des bei der Zellreaktion nicht umgesetztenBrenngases im Reformer bereitgestellt.

Erdgas ist für den Reformierungsprozeß besonders geeignet, da das Verhältnis vonWasserstoffatomen zu Kohlenstoffatomen mit 4:1 (CH4) besonders hoch ist. Dies

13 Kühlplatten werden in die bipolaren Platten integriert und sind Bestandteil des Brennstoffzellen-Stapels.


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erklärt auch, weshalb viele Entwicklungsfirmen vorwiegend auf diesen Energieträgersetzen.

Das bei der Reformierung entstehende Kohlenmonoxid wird anschließend mitWasserdampf im Shiftkonverter nach folgender Reaktionsgleichung umgesetzt:

CO + H2O � CO2 + H2 (∆H = - 41,2 kJ/mol) (6)

Diese Reaktion läuft bei etwa 200 °C ab und ist exotherm, d.h. es wird Wärme beider Reaktion freigesetzt.

In Abhängigkeit des verwendeten Brenngases muß beachtet werden, daß vor derReformierung eventuell eine Gasaufbereitung notwendig ist, in der die den Zellstapelschädigenden Bestandteile (z. B. Schwefelspuren, Chloride, Ammoniak) entferntwerden.

�

�

Abbildung 4 Abhängigkeit des Reformierungskonzeptes von der verwendetenBrennstoffzelle 14

Entschwefelung: ZnO + H2S � ZnS + H2OReaktionen im Pre-Reformer und Reformer: CH4 + H2O � 3 H2 + COReaktionen im Shift-Konverter („Shifter“): CO + H2O � CO2 + H2Reaktionen im PrOx-Konverter:15 CO + ½ O2 � CO2

14 Die verschiedenen Brennstoffzellen-Typen (AFC, PEFC, PAFC, MCFC und SOFC) werden in Abschnitt 3 aufSeite 18 vorgestellt.

15 Anstelle des PrOx-Konverters kommen auch selektive Membranen basierend auf Palladium zum Einsatz,welche bei hohem Druck nur H2 hindurchlassen bzw. werden Konverter eingesetzt, bei denen die reversibleShift-Reaktion abläuft: CO + 3 H2 � CH4 + H2O.


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Wie aus Abbildung 4 ersehen werden kann, trifft die vorangegangene Skizzierungder Gasaufbereitung für das phosphorsaure Brennstoffzellen-System zu, welches beieiner Betriebstemperatur von 200 °C arbeitet. Für andere Brennstoffzellen-Typen miteiner niedrigeren Betriebstemperatur erhöht sich der Reformierungsaufwand, beiSystemen mit höherer Betriebstemperatur verringert sich dieser. Ausschlaggebendist einerseits, daß bei Betriebstemperaturen beginnend ab 600 °C bereits zellintern16

die Reformierungs- und Konvertierungsreaktion einsetzt und sich damit derApparateaufwand deutlich reduziert. Bei Betriebstemperaturen kleiner 200°C erhöhtsich der Aufwand für die Gasaufbereitung, da die Katalysatoren in den Elektrodendes Brennstoffzellen-Stapels für die elektrochemische Umsetzung durchKohlenmonoxidspuren im Synthesegas deaktiviert werden (siehe auch Abbildung 4).

Aus Abbildung 4 ist auch klar ersichtlich, daß Brennstoffzellen, welche mitWasserstoff direkt arbeiten würden, den geringsten Apparateaufwand für dieBrennstoffaufbereitung benötigen. In den achtziger Jahren wurde das Konzept derdezentralen/zentralen Wasserstoffwirtschaft forciert, bei der Wasserstoff alsSekundärenergieträger aus regenerativen Energiequellen wie Wasserkraft, Wind undPhotovoltaik über Elektrolyseanlagen zum Einsatz gelangt. Die Diskussion überdiese Option unserer Energiezukunft hat allerdings in den letzten Jahren sehr anDynamik verloren und wird in den verschiedenen nationalen/internationalen F&EZentren nicht mehr weiter verfolgt.

2.3 Schematischer Aufbau einer Brennstoffzellen-Anlage

Ausgehend von der Funktionsweise des Zellstapels und der Brennstoffaufbereitungkann folgender schematischer Aufbau einer erdgasbetriebenen Brennstoffzelledargestellt werden.

16 Dieser Vorgang wird oft auch als "internal reforming" bezeichnet.


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Abbildung 5 Allgemeiner Aufbau einer erdgasbetriebenen Brennstoffzellen-Anlage

Zunächst gelangt das Erdgas in die Brennstoffaufbereitung. Im Entschwefler werdeneventuell vorhandene Schwefelbestandteile entfernt. Anschließend werden dieKohlenwasserstoffe des Erdgases im Reformer zu einem H2-reichen Prozeßgasumgesetzt. Dieses Prozeßgas wird der Anode des Brennstoffzellen-Stapelszugeführt.

Die bei der Brennstoffzellen-Reaktion freigesetzte Wärme wird soweit möglich alsNutzwärme ausgekoppelt. Der Gleichstrom der Brennstoffzelle wird im Inverter zuWechselstrom der gewünschten Frequenz und Spannung umgeformt.

Der nicht in der Zelle umgesetzte Wasserstoff gelangt zum Reformerbrenner undliefert durch seine Verbrennung die Energie für den Reforming-Prozeß.

Die im Abgas des Reforming-Prozesses und in der Abluft des Zellstapels enthaltenethermische Energie wird ebenfalls soweit möglich über Wärmetauscher alsNutzwärme ausgekoppelt. Daraus ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad der Anlage,der zwischen 80 und 90 % – abhängig von Brennstoffzellen-Typ und Anlage – liegt.

WÄ

RM

EÜBE

RTR

AG

ERGASAUF-

BEREITUNG

BRENNERZELLSTAPEL INVERTER

LUFTERDGAS

WÄRME WÄRME STROM

GLEICH-STROM

RESTGAS

PROZESS-GAS

ABLUFT

WEC

HSE

LST

RO

M

ABGAS

ABLUFT


Seite 18

3 BRENNSTOFFZELLENTYPENBrennstoffzellen lassen sich auf mehrere Arten einteilen. Eine gängigeKlassifizierung ist nach der Höhe der Prozeßtemperatur, wobei in Nieder- undHochtemperatur-Brennstoffzellen eingeteilt wird. Eine andere – ebenfalls übliche –Möglichkeit ist die Unterscheidung nach der Art des Elektrolyten.

Niedertemperatur-Brennstoffzellen (Arbeitstemperatur 80 °°°°C bis 220 °°°°C)

AFC Alkaline Fuel Cell 17

Alkalische BrennstoffzellePEFC Polymer Electrolyte Fuel Cell

Polymerelektrolytmembran BrennstoffzellePAFC18 Phosphoric Acid Fuel Cell

Phosphorsaure Brennstoffzelle

Hochtemperatur-Brennstoffzellen (Arbeitstemperatur 600 °°°°C bis 1000 °°°°C)

MCFC Molten Carbonate Fuel CellSchmelzkarbonat Brennstoffzelle

SOFC Solid Oxide Fuel CellOxidkeramische Brennstoffzelle

Die nachfolgende Tabelle zeigt in übersichtlicher Form die verschiedenenEigenschaften der verschiedenen Brennstoffzellen-Typen.

17 Die Verwendung dieser englischsprachigen Bezeichnungen ist im deutschen Sprachraum bereits üblich, unddeshalb werden sie in dieser Broschüre ebenfalls angeführt.

18 Für PAFC Systeme kann auch eine Klassifizierung als Mitteltemperatur-Brennstoffzellen erfolgen.

Brennstoffzellentypen

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Tabelle 1 Übersicht über die verschiedenen Brennstoffzellen-Typen

NiedertemperaturBrennstoffzellen

HochtemperaturBrennstoffzellen

AFC PEFC PAFC MCFC SOFC

Elektrolyt WässrigeKOH-Lösung

Polymer-membran(Nafion )

Phosphorsäurein einer Matrix

Karbonat-schmelze inMatrix

KeramischerFestkörper

Arbeits-temperatur

< 100 °C 60 – 100 °C 160 – 205 °C 600 – 650 °C 800 – 1000 °C

Brennstoff derAnlage

Wasserstoff Erdgas,Methanol

Erdgas Erdgas Erdgas

ElektrischerSystem-wirkungsgrad(UHW) )***

50 % )* )** 30 - 40 % )** 32 – 40 % )** 45 – 50 % )** 35 – 70 % )**

)* basierend auf H2 als verwendeter Brennstoff.)** Die große Schwankungsbreite bei den Wirkungsgraden erklärt sich dadurch, daß auf der unterenEbene die tatsächlich realisierten Werte von Pilot-/Demonstrationsanlagen herangezogen werden undauf der oberen Ebene die prognostizierten Werte (für optimierte kommerzielle Anlagen) eingesetztwerden. SOFC Systeme werden sowohl bei Mini-BHKWs, BHKWs als auch bei Großanlagen(Kombianlagen aus Brennstoffzelle und Gasturbine) für die reine Stromerzeugung eingesetzt.Aufgrund dieser sehr unterschiedlichen Leistungsgrößen erklärt sich auch der besonders starkvariierende Wirkungsgrad.)*** UHW ist die Abkürzung für den unteren Heizwert.


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3.1 Die alkalische Brennstoffzelle (AFC)

Die alkalische Brennstoffzelle wurde in den 60er-Jahren entwickelt und besitzt heuteeinen hohen Entwicklungsstand. Von allen Brennstoffzellen weist sie die höchstenAnforderungen an das Brenngas und den Oxidanten auf. Anoden- wie auchkathodenseitig wird sehr reiner Wasserstoff und Sauerstoff eingesetzt.

Bereits geringe Verunreinigungen (z.B. auch durch CO2 kathodenseitig)beeinträchtigen die Funktionsfähigkeit der Zelle und müssen entfernt werden, dasonst zellintern irreparable Schäden auftreten. Internationale F&E Entwicklungenbestätigen allerdings, daß die Zumischung von Karbonaten in die Laugenbeständigere Zelleistungen zur Folge hat, da die CO2-Toleranz kathodenseitigverbessert werden kann.

Alkalische Brennstoffzellen wurden vorwiegend für die Raumfahrt und Militärtechnikentwickelt. Sie besitzen geringe Bedeutung für die dezentrale Energieversorgung.

An der Technischen Universität Graz (Inst. für Chemische TechnologieAnorganischer Stoffe, Inst. für Hochspannungstechnik) wird eine alkalischeBrennstoffzelle für den Einsatz in Personenkraftfahrzeugen entwickelt. Anodenseitigwird der benötigte Wasserstoff von einem Ammoniak Cracker( 223 2321 HNNH +→ ) zugeführt. Die CO2-Spuren in der Luft werdenkathodenseitig durch konzentrierte Kalilaugen entfernt. Internationale Kooperationenbestehen zu den Firmen Electric Auto Corporation (USA) und ZEVCO (UK). Vorteilehinsichtlich dieses Systems sind vorwiegend in der Einfachheit des Gesamtsystemsund in den erwarteten niedrigen Kosten zu sehen. /L 4/

3.2 Die Protonenelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEFC)

Die PEFC wurde in den 60er-Jahren zunächst ebenfalls für die Raumfahrt undMilitärtechnik entwickelt, aufgrund von Mängeln in der Membran20 zunächst

20 Aufgrund der harschen elektrochemischen Bedingungen entstanden feine Löcher in der Membran.


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zurückgestellt, und in den siebziger Jahren – durch die Entwicklung vonFluormembranen – für die mobile Entwicklung wieder aufgegriffen.

Die Anforderungen der Zelle an die Reinheit der Gase muß ebenfalls als sehr hochbezeichnet werden. Im Unterschied zur AFC liegt allerdings ein saurer Elektrolyt vor,der sowohl CO2 in den Anodengasen als auch die geringen Spuren in der Luftkathodenseitig verträgt.

Als Brenngas wird sowohl Wasserstoff als auch Erdgas oder Methanol mit externerReformierung verwendet.

Derzeit laufen weltweit intensive Entwicklungsarbeiten, die den Einsatz von PEFC-Systemen in Kraftfahrzeugen zum Ziel haben.

Dabei werden unterschiedliche Brennstoffkonzepte verfolgt:

Das eine Konzept verwendet Wasserstoff, der in Druckbehältern, Flüssigtanks oderMetallhydriden gespeichert wird. Dieser Wasserstoff kann ohne weitere Aufbereitungfür die Brennstoffzellen-Reaktion verwendet werden.

Die Entwicklungen von solchen Systemen haben bereits einen sehr hohentechnischen Status erzielt. Nach diesem Konzept wurde 1997 der NEBUS (NewElectric Bus) von Daimler-Chrysler als Prototyp eines brennstoffzellen-betriebenenLinienbusses vorgestellt. Demonstrationsprojekte, die in Chicago und Vancouvergetestet werden, erzielen nach anfänglichen Schwierigkeiten sehr erfolgreicheTestresultate.

Ein zweites Konzept ist die Verwendung von flüssigem Methanol als Treibstoff. DasMethanol muß vor der Verwendung mittels Dampfreformierung in einwasserstoffreiches Gas umgewandelt werden. Der Vorteil von Methanol liegt in derTatsache, daß sowohl die Vorteile eines flüssigen Energieträgers (betreffend leichteAdaptierbarkeit der bestehenden Tankstellen, einfache Handhabung bei derBetankung, hohe Energiedichten (verglichen mit Wasserstoff), etc.) als auch dieMöglichkeit der Erzeugung durch erneuerbare Rohstoffe (z. B. aus den diversenFormen von Biomasse) gegeben sind.

Neueste Entwicklungen in den USA versuchen, die konventionellen TreibstoffeBenzin/Diesel bzw. Erdgas zu reformieren und in einer Brennstoffzelle für mobileAnwendungen umzusetzen. Damit wird versucht, die bereits vorhandene Brennstoff-Infrastruktur zu nutzen, um absehbare Barrieren wie sie für alternative Treibstoffeerwartet werden, zu umgehen.


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Vielversprechende Ansätze gibt es auch bei der Nutzung von PEFC für diedezentrale Energieversorgung. Die kanadische Firma Ballard entwickelt derzeit einPEM Brennstoffzellen-System mit 250 kWel, das in Vancouver (Britisch Columbia,Canada) in einem Pilotprojekt getestet wird. In Europa wird ein solches Projekt derBEWAG21 in Berlin-Treptow im Rahmen des THERMIE Programmes derEuropäischen Kommission gefördert.22

Von der VNG-Verbundnetz Gas AG wird bei Leipzig das Konzept einer einschienigenVersorgung eines Einfamilienhauses mit Erdgas in die Praxis umgesetzt (s.a. Tabelle2). Für die gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme wird weltweit erstmalig einePEFC der American Power Corporation (adaptiert von der Firma Hamburger GasConsult/HGC) mit einer elektrischen Leistung von 3 kWel verwendet. Der Vorteil derPEFC sind die raschen Start- und Endphasen beim Hoch- und Hinunterfahren imVergleich zu SOFC Systemen und ihr sehr gutes Verhalten im Teillastbereichverglichen mit Verbrennungskraftmotoren. Weitere Entwickler in den USA sind PlugPower, DAIS Corporation, AlliedSignal, Energy Partners und H-Power Corp.

Tabelle 2 Technische Daten zur Brennstoffzelle des „Erdgashauses“

Hersteller American Power Corporation (adaptiert vonHGC)

Masse 350 kg (Gesamtanlage: 635 kg)

Abmessungen 0,76 m (L) x 0,71 m (B) x 1,62 m (H)

Gasverbrauch 1,2 m3/h im Normzustand, Erdgas H, beiNennleistung

ElektrischeNennleistung

3 kW (230 V, 50 Hz, 1 Phase)4,5 kW Peak (ca. 20 min)

Thermische Leistung 8 kW (bei einer Vorlauftemperatur von 60 °C)

Aufstellungsort Innen

21 Zufällige Namensgleichheit mit dem burgenländischen Stromversorger BEWAG.

22 Siehe Abschnitt 11 Liste von geförderten EU Projekten Tabelle 6 auf Seite 64.


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Für die Realisierung eines Erdgashauses, dessen Energieversorgung einzig auf demPrimärenergieträger Erdgas beruht, bedurfte es einer Reihe vonOptimierungsmaßnahmen im Energieverbrauch und des Einsatzes vonenergiesparenden Verbrauchern. Die elektrische Anschlußleistung konnte auf einenWert von ca. 4 kW begrenzt werden. Daraus resultierend konnte auch das Verhältniszwischen Strom- und Wärmebedarf für den optimierten Betrieb einer Brennstoffzellegünstiger gestaltet werden. Eine Wärmepumpe, die Erdwärme aus 20 m Tiefe nutzt,und ein erdgasbetriebenes Auto runden das Erdgashaus-Konzept ab.

Gasherd

Gaszähler

Abluft,Abdampf Wärmepumpe Speicher Brennstoffzellen-

Heizkraftwerk(BZHKW)

Erdsonde

Abbildung 6 Prinzipskizze des Erdgashauses

Mit dem Erdgashaus wird die Verwendungsfähigkeit einer Mini-Brennstoffzelle imhäuslichen Bereich in Europa erstmals demonstriert. Es wird langfristig eineEnergieeinsparung von bis zu 25 % im Vergleich zu durchschnittlichen Haushaltenangestrebt.


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3.3 Die phosphorsaure Brennstoffzelle (PAFC)

Die PAFC ist die einzige Brennstoffzelle, deren Entwicklungsstand für die dezentraleEnergieerzeugung annähernd bis zur Serienreife fortgeschritten und die kommerziellverfügbar ist.

Weltweit wurden etwa 200 Anlagen dieses Typs installiert, etwa die Hälfte derAnlagen ist noch in Betrieb, und über 2 Millionen Teststunden sind realisiert. Allein imbenachbarten Deutschland wurden an die 15 dieser Brennstoffzellen-Anlageninstalliert, von denen noch etwa 10 im Einsatz stehen.

Derzeit einziger Anbieter von Komplettanlagen einer phosphorsauren Brennstoffzelleist die amerikanische Firma ONSI Corporation, die bereits langjährige Erfahrung aufdem Gebiet der phosphorsauren Brennstoffzellen vorweisen kann. Weiterezukünftige Anbieter von derartigen Anlagen sind in Japan angesiedelt: Fuji,Mitsubishi und Toshiba, die sich allerdings vorerst auf den japanischen Marktkonzentrieren. In den nächsten Jahren wird eine Belieferung des europäischenMarktes in Aussicht gestellt.

Die PC25-C von ONSI (USA) wird als anschlußfertiger Container ausgeliefert, in demBrennstoffaufbereitung (Entschwefler, Reformer und Shift-Konverter), Zellstapel,Wechselrichter, Wärmeauskopplung und Brennstoffzellen-Steuerung integriert sind.

Abbildung 7 Ansicht der PC25-C (200 kWel) von ONSI


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Für eine Inbetriebnahme sind die Erdgaszuführung (optional auch Flüssiggas-Luft-Gemische), die Stromauskopplung, eine Telefonleitung für die Fernüberwachungseitens ONSI, die Wärmeanbindung und die Stickstoffversorgung (Inertisierung beiAn- und Niederfahrvorgängen) anzuschließen. Außerdem muß der mitgelieferteKühler an das Containermodul angeschlossen werden.

Die elektrische Nennleistung dieser Brennstoffzelle beträgt 200 kW, die thermischeLeistung bei Nennlast ist mit 220 kW bei (60°C/40°C) angeführt. Der elektrischeWirkungsgrad beträgt bei Inbetriebnahme ca. 40 % (UHW).

Tabelle 3 Technische Daten der Brennstoffzelle PC 25-C23

Elektrische Leistung 200 kW (400 V, 50 Hz, 3 Phasen)

Nutzbare Thermische Leistung Ca. 110 kW bei 110°C/90°C undca. 70 kW bei 50°C/40°Cbei Verwendung einer optionalenHochtemperaturauskopplung

Gasverbrauch 54 m3 /hi.N., Erdgas H

Masse 18 t

Volumen L: 5,5 m; B: 3,0 m; H: 3,0 m

Aufstellungsort Außen / innen

In einer Vielzahl von Pilotprojekten konnte die prinzipielle Eignung einer solchenAnlage zur Strom- und Wärmeversorgung (bei geeigneten Temperaturniveaus) vonWohnanlagen, Schwimmbädern, Gewerbebetrieben u.ä. demonstriert werden. Eineweitere Verbreitung der PC25-C wird vor allem durch die hohen Investitionskostenund bestimmte technische Gegebenheiten behindert, die noch nicht mitkonventionellen BHKW-Anlagen konkurrieren können. Eine Abschätzung derWirtschaftlichkeit einer dezentralen Energieversorgung basierend auf einer PC25-Cwird im Abschnitt 5 gegeben.

23 Auslieferung als ein anschlußfähiges Containeraggregat mit Kühlmodul.


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Die Anlagen der ersten Generation der PC25-A sind nach durchschnittlich etwa30.000 Betriebsstunden mehrheitlich wieder außer Betrieb genommen worden. Dabeiwurde festgestellt, daß der elektrische Wirkungsgrad innerhalb der Einsatzzeit von40 % auf etwa 30 bis 35 % gefallen war!

Die Abnahme des Wirkungsgrades wird zum überwiegenden Teil durch dieAlterungsprozesse im Zellstapel und nur zu einem sehr geringen Teil durch dieanderen Anlagenteile hervorgerufen.

Anhand der Emissionswerte einer PC25-C soll beispielhaft die Umweltfreundlichkeitder Brennstoffzellen im Vergleich zu österreichischen Grenzwerten (LRV-K 1989 inder Novelle vom 30.9.1994) bzw. dem Stand der Technik von Gasmotoren dargestelltwerden. Weiters finden sich in diesem Diagramm die maximalenEmissionsgrenzwerte für Gasmotoren ≤ 800 kWel, welche zur Erlangung einerFörderung durch die Österreichische Kommunalkredit AG eingehalten werdenmüssen. Der Standard-Fördersatz von derartigen Projekten beträgt 20 %, dasmaximale Fördervolumen ATS 20 Millionen. 24

Emissionswerte einer Brennstoffzelle, verglichen mit einem Gasmotor

350 350

250

9,3

500

150200

9,60

200

400

600

GrenzwerteLRV-K

Emissioneneines Gasmotors

"Stand der Technik"

ÖKK-Auflage fürVerbrennungskraftmotoren

< 800 kW

Emissioneneiner PC25-C

mg/

Nm

³ tro

cken

es A

bgas

, 5%

Sau

erst

off

NOxCO

Abbildung 8 Emissionswerte einer Brennstoffzelle, verglichen mit den Emissionen einesGasmotors.25

24 basierend auf Umweltförderungsgesetz BGBl. Nr. 185/1993, Förderungsrichtlinien 1997.25 basierend auf /L 5/


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3.4 Die Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC)

Die Arbeitstemperatur einer MCFC liegt etwa zwischen 600 und 650 °C. Aus diesemTemperaturbereich resultieren einige Vorteile, die sie gegenüber den anderenZelltypen hervorheben:

Die hohe Arbeitstemperatur erlaubt es, die Abwärme des Zellstapels für dieReformierung des Brenngases26 zu verwenden. Außerdem ist eine MCFC imGegensatz zur PAFC, die nur wenig CO (< 1 % im Volumenstrom) verträgt,unempfindlich gegenüber CO und CO2. Dadurch können herkömmliche Brenngasewie Erdgas, Synthesegas oder Biogas27 direkt eingesetzt und intern reformiertwerden.

Die hohe Arbeitstemperatur hat den Vorteil, daß im Gegensatz zu Niedertemperatur-Brennstoffzellen keine teuren Katalysatoren verwendet werden müssen. Außerdemkönnen für die Konstruktion in diesem Temperaturbereich noch handelsüblicheWerkstoffe eingesetzt werden.

Die hohe Arbeitstemperatur hat auch ein hohes Temperaturniveau der Abwärme zurFolge, welche eine Vielzahl von Anwendungen sowohl in der Industrie als auch imöffentlichen Bereich ermöglicht.

Diesen Vorteilen stehen allerdings auch eine Reihe von Nachteilen bzw.Ressentiments gegenüber. Insbesondere konnten die großen amerikanischenDemonstrationsprojekte der Firmen ERC und MC-Power im Leistungsbereich von250 kWel bis 1 MWel nicht klären, ob der Betrieb von derartigen Anlagen thermischeÄnderungen (schnelles An- und Niederfahren) und transiente Lastgänge zuläßt, wiedies im praktischen Betrieb oft vorkommen kann. /L 6//L 7/

Weiters konnten wichtige Fragen hinsichtlich Lebensdauer, Leistung, Verfügbarkeit,Kosten, Wartung und Betriebsführung nicht beantwortet werden. /L 8/.Nichtsdestotrotz wurde im benachbarten Deutschland in den Jahren 1997 / 1998eine MCFC, das sogenannte „Hot Module“ mit einer Leistung von 280 kWel der FirmaMTU Friedrichshafen, auf dem Prüfstand der Ruhrgas AG in Dorsten einem erstenTest unterzogen. MTU bestätigt, daß die bisherigen Untersuchungsergebnisse

26 Dieser Vorgang wird oft auch als "internal reforming" bezeichnet.

27 Gereinigtes Biogas ohne Verunreinigungen, wie z.B. S, Cl, Teer-Spuren und Aschebestandteile.


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erfolgversprechend sind und wird das Testprogramm in naher Zukunft auf einDemonstrationsprojekt ausdehnen. Die Stadtwerke Bielefeld sollen noch 1999 eineDemonstrationsanlage in Betrieb nehmen. /L 9/

Die Firma MTU hat zum Thema MCFC zwei EU-Projekte im THERMIE Programmdurchgeführt (siehe Projektliste auf Seite 60).

3.5 Die oxidkeramische Brennstoffzelle (SOFC)

Die Arbeitstemperatur einer SOFC beträgt bis zu 1000 °C. Die hohe thermischeAbwärme hat speziell bei der SOFC zu Anlagenkonzeptionen geführt, die einenkombinierten Betrieb von Brennstoffzelle und nachgeschalteter Gasturbine vorsehen.Besonders vorteilhaft ist in der SOFC die mögliche interne Brennstoffreformierungvon Erdgas, welche einen sehr einfachen Systemaufbau zur Folge hat.

Allerdings stellt die SOFC aufgrund der Prozeßtemperatur höhere materialtechnischeAnforderungen. Hauptunterschied zu den anderen Brennstoffzellen ist dieVerwendung eines festen Elektrolyten und das Design des Brennstoffzellen-Stapels.Neben dem planaren Konzept kommen röhrenförmige Designs zum Einsatz, welchedie unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Stackmaterialienbesser kompensieren können, ohne daß Beschädigungen in den Zellmaterialienauftreten.

Ein äußerst interessantes Konzept, das kleinere Leistungen abdeckt (dassogenannte „HEXIS“ System), wird derzeit von der Firma Sulzer Innotec entwickelt.


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1. Zellenstapel

2. Erdgas Reformer & Brenner für Anfahren und Zusatzwärme

3. Abgas

4. Gasheizsystem

5. DC/AC Wechsel- richter & Regelung

6. Optional: Brenner für thermische Spitzenleistung

Brauch-wasser

Heizung

Wasser

Erdgas

4

3

6

Luft

ElektronischeNetz-kopplung

5 2

1

Abbildung 9 1 kWel/2 kWth Anlage der Firma Sulzer Innotec. Das nachgeschaltete Heizgerätweist eine thermische Zusatz-Heizleistung von 16 kW auf. /L 10/

Wichtigstes Merkmal des „HEXIS“-Moduls ist die funktionelle und räumliche Einheitvon Luftvorwärmer, Wärmeüberträger, Nachbrenner und Zellstapel.

Die Leistung von „HEXIS“-Modulen wird zwischen 1 und 50 kWel liegen und damit zurkombinierten Bereitstellung von Strom und Wärme in kleinen und mittlerenGebäuden verwendet werden können.

Erste Prototypen wurden bereits erprobt und zeigen vielversprechende Ergebnisse.Sulzer Innotec plant für das Jahr 2001, ein 1,5 kWel-Modul (2 kWth aus derBrennstoffzelle und 16 kWth von einem Zusatzbrenner) für Haushalte auf den Marktzu bringen. Komponenten zu diesem System liefert die Firma Plansee AG aus Reuttein Tirol. Weitere Anbieter von SOFC Systemen sind: ZTEK, TMI, SOFCo undAlliedSignal in den USA. Hierbei handelt es sich um sehr aktive F&E Firmen, die in-und ausländischen Kooperationen für Ihre Produktentwicklung und –vermarktungsehr offen gegenüberstehen.

Wie bereits einleitend erwähnt, sind Kraftwerkskonzepte entwickelt worden, die einenkombinierten Einsatz von SOFC und Gasturbine vorsehen (sogenannte SOFC-GT28

Einheiten). Insbesondere die Anlagenkonzeption („Surecell“) der Firma

28 SOFC-GT ist die Abkürzung für Solid Oxide Fuel Cell und Gasturbine.


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Siemens/Westinghouse ist hierbei anzuführen. Bis zum Jahre 2015 sollen Anlagenmit einer Leistung von 50 bis 60 MWel realisiert werden.

Abbildung 10 Konzeption einer 60 MWel SOFC-GT Anlage der Firma Siemens/Westinghouse mit einem elektrischen Wirkungsgrad zw. 60 und 70 %. /L 13/

Wirtschaftlichkeitsabschätzungen gehen davon aus, daß solche SOFC-GTKraftwerke mit konventionellen GuD29-Kraftwerken konkurrieren können, wenn dieKosten bei etwa 700 bis 1.000 US-$/kWel liegen. /L 12/

Gegenwärtig wird bei Arnhem (NL) eine SOFC Anlage (Prototypen-Anlage der FirmaSiemens/Westinghouse) mit einer elektrischen Leistung von 100 kW betrieben. Fürdie Auskopplung von thermischer Energie wird ein Bereich von 52 bis 125 kWgenannt. Der Gesamtwirkungsgrad (inkl. thermische Abwärmenutzung) der Anlagewird mit max. 80 % angegeben. /L 11/

29 GuD ist die Abkürzung für Gas- und Dampfturbine.

Aktivitäten der österreichischen Gaswirtschaft

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4 AKTIVITÄTEN DER ÖSTERREICHISCHENGASWIRTSCHAFT

4.1 Einführung

Nach intensiver Forschung und einem größeren Feldversuch Mitte der 80er Jahrebegann 1989 eine Tochterunternehmung des UTC-Konzerns (United TechnologiesCorporation, USA), die Firma ONSI (USA), eine limitierte vorkommerzielle Serieeines 200 kWel – Brennstoffzellen-Kraftwerkes anzubieten. Diese Brennstoffzellevom Typ PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) hatte die Typenbezeichnung PC25-A.

1991 wurde beschlossen, daß AUSTRIA FERNGAS eine PC25-A erwirbt. Nacheinem Auswahlverfahren betraute man die WIENGAS und die EVN mit der Durch-führung des Projektes.

Die Lieferung der Anlage erfolgte Ende 1992. Der Testbetrieb bei WIENGAS auf demGelände des Gaswerkes Simmering fand von der Inbetriebnahme 1993 bis Sommer1994 statt. Anschließend wurde das Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerk zur EVN indas Fernheizkraftwerk Mödling zur weiteren praktischen Erprobung übersiedelt undbis 1997 betrieben.

Ziel dieses Gemeinschaftsprojektes der österreichischen Gaswirtschaft war dasErfassen von originären Daten zur besseren Beurteilbarkeit der jungen Technologie.Beispielhaft sei angeführt, welche Ergebnisse von besonderem Interesse waren:

♦ Erfahrungswerte bei der Inbetriebnahme

♦ Verhalten der Wirkungsgrade bei der Strom- und Wärmeerzeugung undinsbesondere auch das zeitliche Verhalten.

♦ zeitliche Änderung der Emissionen über die gesamte Betriebsdauer


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♦ Betriebsverhalten bei Netz- und Inselbetrieb unter Voll- undTeillastbedingungen

♦ tatsächlicher Betreuungsbedarf und erforderliche Qualifikation des Personals.

Seit 1997 sind in Europa auch die ersten Anlagen der neuesten Generation,die PC25-C, in Betrieb. In dieser Anlage ist ein neues Stackkonzept realisiert, dasnach Herstelleraussagen eine längere Stacklebensdauer verspricht. Weiters wurdendie Einzelkomponenten optimiert und somit eine Größen- und Gewichtseinsparungvon etwa 30% erreicht.

Etwa 200 Einheiten des Brennstoffzellen-BHKWs aus der Baureihe PC25 (Typ A, Bund C) wurden und werden weltweit getestet. Die bisher veröffentlichtenTestergebnisse zeigen, daß es die bisher erfolgreichste, kommerziell verfügbareKleinserie von Brennstoffzellengesamtsystemen ist.

AUSTRIA FERNGAS hat sich in Fortsetzung ihrer Brennstoffzellen-Aktivitäten alsSponsor an einem Projekt der Studiengesellschaft Brennstoffzellen e.V. in Nürnbergbeteiligt. Hier wird seit Beginn 1998 das neueste Modell der Firma ONSI, die PC25C,in Verbindung mit einer Absorptionswärmepumpe getestet.

4.2 Betriebserfahrungen mit der „österreichischen“PC25-A

In mehr als 22.000 Betriebsstunden bewährte sich die Kerntechnologie - derZellstapel. Keine einzige ungeplante Abschaltung wurde durch ein Versagen desZellstapels hervorgerufen.

Die Brennstoffzelle überwachte und regelte sich mit einem Prozeßrechner selbst. DieBetriebsführung war daher im allgemeinen unproblematisch, erforderte aber imStörungsfall höchstqualifiziertes Personal. Hauptgründe dafür waren die geringePraxiserfahrung, die große Entfernung zum Hersteller und vor allem die Komplexitätder Anlage, die bei dieser neuen Technologie noch notwendig ist. Die Anlage enthälteine kleine chemische Fabrik - eine komplizierte Einrichtung zur Gasaufbereitung.

Die durchschnittliche Betriebszeit zwischen zwei Ausfällen betrug knapp 1.500Stunden. Dies attestiert der PC25-A prinzipiell eine gute Zuverlässigkeit. Kam esallerdings zu Ausfällen, so waren teils erhebliche Stillstandszeiten zu verzeichnen,


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bis die Anlage wieder in Betrieb genommen werden konnte. Dies war auf diekomplizierte Fehlersuche, die noch nicht vorhandene Serviceinfrastruktur und teilsauf längere Wartezeiten für Ersatzteile zurückzuführen.

Abbildung 11 Übersiedlung der PC25-A von Wiengas zur EVN

Die PC25-A hat die erwarteten Leistungsdaten erreicht. Die Qualität des erzeugtenStroms lag innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzen. Tests bescheinigen derAnlage eine Tauglichkeit sowohl für den Netz- als auch für den Inselbetrieb. In einemunfreiwillig durchgeführten Versuch wurde die Reaktion der PC25-A auf Störungenim externen Stromnetz getestet. Bei Ausfall der externen Spannung geht die Anlageauf Leerlauf, synchronisiert sich nach Wiederherstellung des externen Netzesselbständig wieder ans Netz und regelt sich wieder auf die voreingestellte Leistung.

Die Probleme, die auftraten, sollten im wesentlichen durch eine überarbeiteteKonstruktion und geänderte Auswahl einiger Komponenten behoben sein.Hauptursache von Schwierigkeiten im Betrieb war das Versagen von einzelnenNebenaggregaten und der Einfluß von Korrosion und Erosion in den Stoffkreisläufen.Beispielsweise verursachte eine ungünstig ausgewählte Speisewasserpumpe einigeSystemausfälle. Aufgrund schlechter Werkstoffauswahl korrodierten Rohrleitungen,und diese bedingten Ausfälle durch Lecks und Verstopfungen.

Obwohl die Startprozedur eigentlich vollautomatisch ablaufen sollte, war sie meist einheikles Unterfangen. Das Zünden des Reformerbrenners und dieFlammenüberwachung waren mit der vorhandenen Technik problematisch undGrund für oftmalige Startvorgänge.


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Auch ohne Probleme war eine Startzeit von ca. 4-5 Stunden erforderlich, was für diePC25-A eine ausschließliche Eignung für den Grundlastbetrieb bedeutet. Theoretischkann die Anlage im Leerlaufbetrieb „warmgehalten“ werden, dies ist wegen deshohen Energiebedarfs in diesem Betriebszustand jedoch nicht sinnvoll. Für einenDauerbetrieb spricht ebenso das durch Abschaltungen verstärkt hervorgerufeneAltern des Zellstapels. Der im Normalbetrieb auftretende Alterungsprozeß bewirkteine sinkende Zellspannung und damit einhergehend eine Verschlechterung deselektrischen Wirkungsgrades.

Die durchschnittliche Alterungsrate der Zellspannung ab Inbetriebnahme betrug ca.0,8%/1000 Stunden.

Im Neuzustand betrug der elektrische Nettowirkungsgrad 41% bei Nennlast. Dieserist während der Betriebszeit auf unter 35% gesunken.

Die Fähigkeit zum Teillastbetrieb ist besonders hervorzuheben. Zwischen 50 und100% der Nennleistung war der Gesamtwirkungsgrad praktisch konstant, er stieg beiniedrigeren Leistungen sogar an. Erst unter 50% der Nennleistung bricht der Ge-samtwirkungsgrad ein, da dann ein erhöhter Eigenbedarf des Systems vorliegt.

Der Wartungsbedarf ist im Normalbetrieb gering, eine Abstellung der Anlage isttheoretisch nur alle 8000 Stunden für Wartungsmaßnahmen vorgeschrieben.

Die längste durchgehende Betriebsdauer ohne Abschaltung der österreichischenPC25-A betrug 2.715 Stunden.

Abbildung 12 Stickoxid-Emissionen bei der Stromerzeugung aus Erdgas

90

200400600800

1.0001.200

BZ BHKW DT GuD

Stickoxid (NOx) -Emissionen bei der Stromerzeugung aus Erdgas

minimale Werte (SCR bei BHKW bzw. Grenzwert für größte Anlagen bei DT & GuD)

Grenzwerte

mg NOx/kWh-el


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Beeindruckend ist das niedrige Niveau der Emissionen. Vergleicht manbeispielsweise die NOx-Emissionen mit anderen Erdgasanwendungen (Abbildung12), wird deutlich, in welcher Dimension hier Reduktionen erreicht werden.

4.3 Betriebserfahrungen mit der „Nürnberger“ PC25-C

Im Rahmen der Mitarbeit von AUSTRIA FERNGAS in der European Fuel Cell UsersGroup (EFCUG) ergab sich durch einen Kontakt zur Energie- und WasserversorgungAG (EWAG) in Nürnberg die Möglichkeit einer Beteiligung an einem Brennstoffzellen-Projekt in Form einer Sponsorenschaft. Da hier eine PC25-C gekoppelt mit einerAbsorptionswärmepumpe eingesetzt wird (Abbildung 13), kann der technologischeFortschritt gegenüber der Modellreihe A30 gut bewertet werden.

Das Projekt in Nürnberg wurde von der Studiengesellschaft Brennstoffzellen e.V.initiiert und entwickelt. Der gemeinnützige Verein wurde 1990 in Deutschland mitdem Zweck gegründet, die Brennstoffzellentechnologie und die Anwendung dieserTechnik zur dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung durchVersorgungsunternehmen zu fördern.

Die operative und technische Abwicklung des Projektes erfolgt federführend durchdie EWAG.

Das Brennstoffzellen-BHKW und die Wärmepumpe sind in einem Heizwerk inNürnberg installiert und versorgen Wohnungen und Gewerbebetriebe in einemNahwärmenetz mit Strom und Wärme. Während der ersten beiden Jahre wird dasProjekt von einem wissenschaftlichen Meßprogramm der TU-München begleitet,wobei vor allem der praxisnahe Betrieb und energetische Effekte analysiert werden.

30 Die Modellreihe B war gegenüber der PC25-A nur geringfügig modifiziert und wurde in Europa nichtausgeliefert.


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Quelle: Studiengesellschaft Brennstoffzellen e.V. EWAG/TP 6.8.4/11-1998.06.24

120°C4,7m³/h

Kessel

Hei

znet

z

Kondensator/Absorber

Desorber

Verdampfer

AWP BZHoch-

temperatur-teil

Nieder-temperatur-

teil

100°C

55°C12 m³/h

Rücklauf12-100m³/h

Vorlauf 70°C12 m³/h

55°C7,7 m³/h

60°C4,3 m³/h

40°C4,3 m³/h

Thermodynamisches Schaltbild

Abbildung 13 Thermodynamisches Schaltbild der „Nürnberger“-PC25-C undAbsorptionswärmepumpe

Das Brennstoffzellensystem wurde mit einer Absorptionswärmepumpe gekoppelt, umeinen möglichst hohen Anteil der Wärme, die in der Brennstoffzelle anfällt,auszunutzen. Aufgrund der vorgegebenen Temperaturniveaus im Heiznetz hätten beiEinsatz der PC25-C alleine nur etwa 100 kW Wärme eingespeist werden können. InKombination mit der Wärmepumpe ist der Anteil der nutzbaren Abwärme deutlichhöher.

Für die Brennstoffzellen-Anlage wurde eine optionale Hochtemperaturauskopplungerworben, die eine getrennte Auskopplung bei ca. 60°C und 120°C (siehe Abbildung13) erlaubt. Die Wärmepumpe wird mit der (Zellstapelab-)Wärme aus demHochtemperaturteil der Brennstoffzelle betrieben und ermöglicht somit eine bessereNutzung der Kondensatorabwärme. Der Anteil der nutzbaren Abwärme ist sehr starkvon den Betriebstemperaturen abhängig. Eine geringfügige Steigerung derEintrittstemperatur in den Niedertemperaturteil bewirkt eine erhebliche Verminderungder nutzbaren Abwärme.

Im Jahr 1998 erreichte die Nürnberger Brennstoffzellen-Anlage eine hervorragendeVerfügbarkeit von über 90% und liegt damit weit über dem Flottendurchschnitt, der


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bei etwa 70% liegt. Um die Wartezeiten auf Ersatzteile deutlich zu reduzieren, wirdder US-amerikanische Hersteller ONSI in Kooperation mit Lufthansa einErsatzteillager anlegen bzw. den raschen Ersatzteiltransport gewährleisten.

Abbildung 14 Die PC25-C in Nürnberg

Die Verfügbarkeit der Absorptionswärmepumpe liegt etwas niedriger als die derBrennstoffzelle. Der Betrieb der Brennstoffzelle wird jedoch durch einen Ausfall derWärmepumpe nicht beeinträchtigt.

Der elektrische Wirkungsgrad ist mit 37% - 38% in der Anfangsphase etwas niedrigerals erwartet. Positiv anzumerken ist, daß der elektrische Wirkungsgrad auf gleichemNiveau bleibt. Die Analysen der AUSTRIA FERNGAS zeigten, daß derSpannungsabfall nach den ersten 12.500 Betriebsstunden im Zellstapel wesentlichgeringer ausgefallen ist als beim Vorläufer-Modell (PC25-A). Dies begründet denstabilen elektrischen Wirkungsgrad.

Der weitere Betrieb der Anlage wird mit großem Interesse verfolgt. Insbesonderewerden die Leistungsdaten und die Zuverlässigkeit im Langzeitbetriebsverhaltengenau beobachtet, damit Aussagen über die Praxistauglichkeit möglich sind.


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4.4 Europäischer Erfahrungsaustausch

Ein Großteil der europäischen Betreiber tauscht in einer informellen Gruppe, derEFCUG (European Fuel Cell Users Group), Erfahrungen aus. Die Unterschiede inden Erfahrungen bei Betrieb, Wartung und Instandhaltung werden diskutiert. Einweiterer Schwerpunkt ist der Informationsaustausch mit Entwicklungsfirmen, die zuden Treffen eingeladen werden. Die Mitglieder kommen aus etwa 20 Unternehmen in9 europäischen Ländern zu den zweimal jährlich stattfindenden Treffen.

Ein Bestandteil der Aktivitäten ist die Anfertigung einer „Shut-Down“-Statistik. Indieser von AUSTRIA FERNGAS jährlich aktualisierten Ausarbeitung werden vonallen in Europa in Betrieb befindlichen PC25-Brennstoffzellenanlagen dieAusfallsursachen dokumentiert und ausgewertet. Mit dieser Statistik könnenwesentliche Aussagen über die Zuverlässigkeit der Anlagen getroffen werden.Gemeinsam mit dem Hersteller ONSI werden Schwachpunkte besprochen undVerbesserungsvorschläge erarbeitet.

Vom Typ A aus der PC25-Serie wurden in Europa im Zeitraum von 1992 bis 199510 Anlagen installiert. Der Großteil dieser Anlagen ist nicht mehr in Betrieb. Mit einerdurchschnittlichen Lebenszeit von etwa 30.000 Betriebsstunden konnte unterBerücksichtigung, daß es sich hier um eine erste Kleinserie handelt, ein beachtlichesErgebnis erzielt werden.

Ab 1997 wurden die ersten Anlagen vom Typ C in Europa in Betrieb genommen.Mittlerweile sind von dieser Generation 10 Anlagen am Netz, und einige weiterewerden noch folgen. Der Großteil dieser BHKWs hat die 10.000 Betriebsstunden-Marke bereits hinter sich bzw. liegt knapp davor. Im Vergleich zum A-Modell scheintder überarbeitete Zellstapel langzeitstabiler zu sein und sollte die angestrebten40.000 Betriebsstunden erreichen können.

Auslegung und Wirtschaftlichkeit einer Brennstoffzellen-Anlage

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5 AUSLEGUNG UNDWIRTSCHAFTLICHKEIT EINERBRENNSTOFFZELLEN-ANLAGE

Der Einsatz von neuen Technologien hängt in besonders starkem Maße vomVergleich mit bereits erprobten Technologien sowohl in technischer als auch inökonomischer Hinsicht ab.

Besonders ökonomische Gesichtspunkte spielen beim Übergang vonDemonstrationsprojekten zu kommerziellen Produkten eine große Rolle. BeiBrennstoffzellen ist dies nicht anders.

Zahlreiche Demonstrationsprojekte haben gezeigt, daß eine Verwendung vonBrennstoffzellen für die dezentrale Energieerzeugung möglich ist. Jetzt wäre esnotwendig nachzuweisen, daß auch unter ökonomischen GesichtspunktenBrennstoffzellen mit herkömmlichen BHKW-Anlagen konkurrieren können.

Bei einem Brennstoffzellen-BHKW hängt die Wirtschaftlichkeit der Anlagen ebenfallsstark von den Abnahmebedingungen für Wärme und Strom ab.

Insbesondere die ganzjährige Eigennutzung der erzeugten Energie verbessert dieWirtschaftlichkeit, was an die Planer solcher Anlagen große Herausforderungen stelltund die Einsatzmöglichkeiten der Anlagen einschränkt.

Folgende zwei allgemeingültige Punkte sind bei der Auslegung für denwirtschaftlichen Einsatz zu berücksichtigen:

1. Hohe Wärmeausnutzung

Die erzeugte Wärme bei dem vorgegebenen Temperaturniveau sollte konstant überdas gesamte Jahr abgenommen werden können.

31 BHKW ist die Abkürzung für Blockheizkraftwerk.


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Besonders vorteilhaft ist hierbei die Verwendung der Wärme für die ganzjährigeWarmwasserbereitung und als Prozeßwärme (z. B. für die Bereitstellung von Klima-oder Prozeßkälte auf der Basis von Sorptionkältemaschinen).

2. Eigennutzung vor Einspeisung

Die Eigennutzung des erzeugten Stroms besitzt einen höheren finanziellenStellenwert als die Vergütung bei der Strom-Rückspeisung ins öffentliche Netz.

Brennstoffzellen weisen über weite Leistungsbereiche nur geringeWirkungsgradänderungen auf, womit eine strombedarfsgeführte Regelung möglichist.

Die Auslegung eines Brennstoffzellen-BHKW sollte auf der Basis des Wärmebedarfswie bei einer konventionellen BHKW-Anlage erfolgen.

Berechnung der Wirtschaftlichkeit der Brennstoffzelle

Für den Einsatz einer Brennstoffzelle vom Typ ONSI PC25-C wird beispielhaft eineWirtschaftlichkeitsberechnung aufgestellt werden. Dabei wird im angeführten Beispielvon sehr guten Wärme- und Stromabnahmebedingungen ausgegangen.

Beispiel: Versorgung eines Krankenhauses mit Strom, Wärme und Klimakälte durchden Einsatz einer erdgasbetriebenen Brennstoffzelle, eines Gaskessels zurSpitzenabdeckung und einer Absorptionskältemaschine. /L 14/

Der Strom- und Wärmebedarf des Krankenhauses ist in Abbildung 15 und Abbildung16 dargestellt. Durch den Einsatz einer Absorptionskältemaschine für dieKlimatisierung ist eine günstige Wärmegrundlast über das gesamte Jahr vorhanden.Die Wärme wird im Sommer für Klimatisierung und Warmwassererzeugung und imWinter für Beheizung und Warmwassererzeugung genutzt. Daraus ergibt sich für denBetrieb der Brennstoffzelle die günstige Situation, daß die erzeugte Wärme über dasganze Jahr abgenommen werden kann.

Stromseitig sind die Abnahmebedingungen derart, daß tagsüber der gesamte Stromim Krankenhaus genutzt werden kann. Nachtsüber muß ein Teil davon ins öffentlicheNetz eingespeist werden.

32 Beispiel der Verbund-Netz-Gas. [Quelle: erdgas report 2/99]


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In diesem Beispiel findet der unterschiedliche Tageslastgang „Winter“ und „Sommer“einfachheitshalber keine Berücksichtigung, da es sich um eine Grobkonzeptionhandelt, und da sich an der grundsätzlichen Aussage des Resultats nichts verändert.

Mittlerer täglicher Strombedarf (Leistung) des Beispiels

0

100

200

300

400

500

0:00-2:00

2:00-4:00

4:00-6:00

6:00-8:00

8:00-10:00

10:00-12:00

12:00-14:00

14:00-16:00

16:00-18:00

18:00-20:00

20:00-22:00

22:00-24:00

elek

trisc

he L

eist

ung

in k

W

Bezug in kWEigennutzung in kWStrombedarf in kW

Abbildung 15 Mittlerer täglicher Strombedarf (Leistung) des Beispiels

Mittlerer jährlicher Wärmebedarf (Leistung) des Beispiels

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Jän Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

War

me

in k

W

Wärmebedarf in kWNutzung in kW

Abbildung 16 Mittlerer jährlicher Wärmebedarf (Leistung des Beispiels)


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Weiters sollen für dieses Beispiel die folgenden Randbedingungen gelten:33

Preis (inkl. Aufbau, Anschluß und Inbetriebnahme) 13,000.000,-Kosten für den Austausch des Zellstapels 3,000.000,-Zinssatz (p.a.) 6 %Geplante Lebensdauer der Anlage 80.000 h (10 a)Geplante Lebensdauer des Zellstapels 40.000 h ( 5 a)Mittlere jährliche Verfügbarkeit 8.000 h (ca. 91 %)Geplante jährliche Wartungskosten 350.000,-Erdgaspreis (bezogen auf den unteren Heizwert) 0,25 ATS / kWhPreis für den Strombezug 1,40 ATS / kWhPreis für Strom bei Netzeinspeisung 0,50 ATS / kWhWärmevergütung 0,40 ATS / kWh

Daraus ergibt sich:

Gasbezug 3,550.000 kWh/aStromerzeugung 1,420.000 kWh/a(davon Eigenverbrauch: 1,260.250 kWh/a; Netzeinspeisung: 159.750 kWh/a)Wärmeerzeugung 1,562.000 kWh/a

33 Alle Angaben für Preise und Kosten beziehen sich auf österreichische Schilling. Alle Angaben sindAnnahmen, basierend auf /L 14/, Erfahrungswerten der AUSTRIA FERNGAS Gesellschaft m.b.H. undeigenen Berechnungen.


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Daraus ergeben sich die folgenden jährlichen Kosten und Einsparungen:

Tabelle 4 Jährliche Kosten und Einsparungen in ATS

Energiekosten Brennstoffzellen-Anlage Bisherige Kosten u. Erlöse Differenz

Kapitaldienst Kosten,Wartung,Instandhaltung

Brennstoff-kosten

Strom:

Eigenverbrauch

Wärme Strom:

Netzeinspeisung

(2-1)

1 2 3

(für das 1. bis 5. Jahr)

1,768.000 350.000 887.500 1,764.350 624.800 79.875 - 536.475

(für das 6. bis 10. Jahr)

2,479.000 350.000 887.500 1,764.350 624.800 79.875 - 1,247.475

Trotz der äußerst günstig angesetzten Randbedingungen (konstanter Wirkungsgrad,hohe Verfügbarkeit, hoher Eigennutzungsgrad von Wärme und Strom usw.) ist derEinsatz einer Brennstoffzelle noch nicht wirtschaftlich. Insgesamt müßten für den 10-jährigen Betrieb erhebliche zusätzliche Betriebskosten aufgewendet werden.

Um dennoch den Markteintritt von Brennstoffzellen zu ermöglichen, wurden bisherigeProjekte von interessierten Unternehmen, Bund, Ländern oder der EU finanziellunterstützt und konnten aus diesem Grunde realisiert werden. AlsLenkungsmaßnahme der öffentlichen Hand für die Realisierung würde ein Fördersatzvon 30 % auf die Investitionskosten die wirtschaftliche Situation von derartigenProjekten deutlich verbessern!

Um Brennstoffzellen in der Zukunft für die dezentrale Energieerzeugung einzusetzen,müssen sich insbesondere die Investitionskosten und damit die Preise der Herstellerdrastisch verringern.

Es wird allgemein erwartet, daß bei Marktbelebung durch andere Anbieter vonBrennstoffzellen ein Sinken dieser Kosten erfolgen wird. Außerdem muß sich dieLebensdauer einzelner Anlagenteile, insbesondere des Zellstapels, weiter erhöhen,um dadurch ebenfalls eine Kostenreduktion zu erreichen.


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Für die PC25-C werden vom Hersteller als Lebensdauer des Zellstapels bereits70.000 Betriebsstunden prognostiziert. Diese Lebensdauer wurde aber noch nichtdurch Testergebnisse in Demonstrationsprojekten bestätigt. Deshalb wurden in derBeispielsberechnung 40.000 Betriebsstunden angenommen. Auch die zu erwartendeEntwicklung der Energieträgerpreise und eventuelle Änderungen derRahmenbedingungen, z. B. die Einführung einer „Ökosteuer“, können dieWirtschaftlichkeit von Brennstoffzellen-Anlagen verbessern.

Es gibt einige Überlegungen, die technischen Vorteile einer Brennstoffzellegegenüber herkömmlichen BHKW auch zur Kostenreduktion zu nutzen.

Dazu ein weiteres Beispiel: Bei sensiblen Verbrauchern, die eineNotstromversorgung besitzen (wie etwa Rechenzentren), kann - wenn dieVerfügbarkeit und Versorgungssicherheit von Brennstoffzellen-Systemen dasgewünschte hohe Niveau erreicht hat - das Notstromaggregat überflüssig werden,was letztlich die Investitionskosten verringert. Liefert das öffentliche Netz den Strom,wird die Brennstoffzelle parallel zu diesem betrieben. Bei Ausfall des öffentlichenNetzes übernimmt die Brennstoffzelle allein die Stromversorgung des Objektes.

Förderungsinstrumente in Österreich

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6 FÖRDERUNGSINSTRUMENTE INÖSTERREICH

Die österreichische Förderungslandschaft bietet keine expliziten Schwerpunkte fürBrennstoffzellen an. Allerdings können die bestehenden Fonds zur Abwicklung vonProjekten herangezogen werden:

(i) Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)

(ii) Forschungsförderungsfonds für die gewerbliche Wirtschaft (FFF)

(iii) ERP Fonds und

(iv) Förderungen durch die österreichische Kommunalkredit AG.

Ausführliche Informationen über diese Förderungsfonds finden Interessenten in denunten angeführten Websites der Fonds und in /L 16/, welche auch sehr ausführlichdie Förderungsmöglichkeiten für die F&E Vorhaben durch Struktur- undRegionalfonds beschreibt. Förderungsberatungen werden auf Anfrage auch von derE.V.A. durchgeführt.

6.1 Fonds zur Förderung der wissenschaftlichenForschung (FWF)

Der FWF fördert genau umschriebene Forschungsvorhaben einzelner oder mehrererFörderungswerberInnen auf allen Gebieten der wissenschaftlichen Forschung, sofernsie der weiteren Entwicklung der Wissenschaften in Österreich dienen und nicht aufGewinn gerichtet sind. Er gewährt Beihilfen für Forschungsaufgaben deswissenschaftlichen Nachwuchses und fördert die Stimulierung der europäischenForschungskooperationen. Die Öffentlichkeitsarbeit im Dienste der öffentlichenForschung und der Forschungsförderung, die Vorsorge für eine geeigneteVerbreitung und Verwertung der Ergebnisse aus geförderten Vorhaben sowie dieTeilnahme an forschungs- und technologiepolitischen Beratungen im Bundesbereich

http://www.fwf.ac.at/



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sind weitere Schwerpunkte. Oberstes Kriterium des FWF ist die wissenschaftlicheQualität.

Kontaktperson: Dr. Lorenz NielWeyringergasse 351040 WienTel.: +43/1/505 67 40-86Fax: +43/1/505 67 39e-mail: [email protected]://www.fwf.ac.at/

6.2 Forschungsförderungsfonds für die GewerblicheWirtschaft (FFF)

Der FFF fördert technisch riskante und wirtschaftlich verwertbare Forschungs- undEntwicklungsvorhaben sowie die Produktionsüberleitung vom Prototyp bis zumProduktionsbeginn. Förderungsschwerpunkte sind Produkt- und Verfahrens-entwicklung, Vorhaben zur Lösung von Material- und Fertigungsproblemen sowieumweltschutz-, energie-, rohstoff- und branchenbezogene Problemlösungen.

Im allgemeinen werden 50 % der genehmigten Gesamtkosten eines Projektes durcheinen Mix aus Förderungsbeiträgen, FFF-Darlehen, Kreditkostenzuschüssen undHaftungsübernahmen finanziert. Das FFF-Darlehen ist derzeit mit 2 % verzinst undbis 2 Jahre nach Projektende tilgungsfrei. Die restlichen 50 % sind vomFörderungsnehmer aus Eigen- und Fremdmitteln aufzubringen.

mailto:www.fwf.ac.at


Förderungsinstrumente in Österreich

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Kontaktpersonen:Dipl.-Ing. Doris Pollak (DW 23)Kärntner Straße 21-23A-1015 WienTel.:+43/1/512 45 84-0Fax: +43/1/512 45 84-41e-mail: [email protected]://www2.telecom.at/fff/home.htm

6.3 ERP-Fonds

Der ERP-Fonds ist das älteste Instrument der direkten Investitionsförderung in der2. Republik und die größte Förderungsinstitution im Bereich Industrie und Gewerbe.Die Förderung des Fonds besteht vor allem in der Vergabe von zinsbegünstigtenMarktkrediten. Zur Zeit gibt es folgende Programmschwerpunkte: Technologie (auchfür Klein- und Mittelbetriebe), Regional-, Osteuropa- und Infrastrukturförderung.Darüber hinaus werden weitere Finanzierungsaktionen vom ERP-Fonds getragen,wie die Bund-Länder-Aktion RIP (= Regionale Innovationsprämie; Förderungsart:"verlorene" Zuschüsse).

Kontaktperson: Mag. Christian LossgottRenngasse 5A-1010 WienTel.: +43/1/534 64-4002Fax: +43/1/534 64-4015e-mail: [email protected]://www.erp-fonds.gv.at/erp/



http://www2.telecom.at/fff/home.htm


http://www.erp-fonds.gv.at/erp/


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6.4 Österreichische Kommunalkredit AG

Die Agenden des ehemaligen "Öko-Fonds" wurden 1993 vom Umweltministerium derÖsterreichischen Kommunalkredit AG per Umweltförderungsgesetz übertragen. DieFörderungsschwerpunkte gliedern sich wie folgt:

(i) Wasserwirtschaftsförderungen(ii) Umweltförderung im Inland(iii) Umweltförderung im Ausland(iv) Altlastensanierungen

Laut den Förderungsaktionen nach § 7 Abs. 10 der Förderungsrichtlinien von 1997findet man unter Punkt 2: „Betriebliche Maßnahmen zur Energieeinsparung“ auch dieFörderungsaktion Erdgas-KWK-Anlagen. Der Förderungsinhalt dieser Aktion richtetsich auf folgende Technologien: (i) Turbinen, (ii) Motoren, (iii) Generatoren und (iv)Abgasreinigungsanlagen.

Da die Emissionen von Brennstoffzellen-Systemen um ein bis zwei Zehnerpotenzenunter denen von Verbrennungskraftmotoren liegen, ist es durchaus denkbar – nachVorliegen von Förderungsansuchen bei der Österreichischen Kommunalkredit AG –daß für derartige Projekte ein Förderungssatz von 20 % gewährt wird.

Kontakt:

Österreichische Kommunalkredit AGTürkenstraße 9A-1092 WienTel.: +43/1/310 77 25-0Fax: +43/1/310 77 25-104e-mail: [email protected]://www.kommunalkredit.at/

http://www.kommunalkredit.at/


http://www.kommunalkredit.at/

Das 5. Rahmenprogramm der EU

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7 DAS 5. RAHMENPROGRAMM DER EUDas 5. Rahmenprogramm der EU bietet explizite Förderungsaktionen vonBrennstoffzellen-Systemen für den dezentralen und mobilen Sektor an. DasUnterprogramm B „Energy“ listet unter den „key-actions“ 5 und 6 die folgendenUnterpunkte auf, die für Brennstoffzellen-Systeme von Bedeutung sind: /L 15/

5.2.6 Wirksame, zuverlässige und wirtschaftliche Brennstoffzellen. Kurzfristigsollten die Kosten auf unter 9.000 €/kW gesenkt werden, und ortsfesteAnlagen sollten eine Lebensdauer von über 10.000 Stunden haben (MW-Größe und hohe Lebensdauer), für mobile Zellen betragen die Zielwerte 1.000€/kW und 1.000 Stunden (kW-Größe und kürzere Lebensdauer). Längerfristigsind die Ziele 1.000 €/kW und > 40.000 Stunden für ortsfeste Anlagen und 100€/kW und 10.000 Stunden für mobile Zellen.

6.1.5 Hybride und elektrische Antriebssysteme sowie Energiespeicherungs-und -umwandlungsgeräte. Wenn alternative Antriebssystemewettbewerbsfähig werden sollen, müssen ehrgeizige Ziele hinsichtlich derLeistung, Lebensdauer und Kosten erreicht werden, welche auf dem Prüfstandoder in Prototyp-Vorführwagen festgelegt und validiert werden. Dies umfaßtBatterien, Brennstoffzellen und Brennstoffumwandler und andereEnergiespeicherungs- und Umwandlungsgeräte und hybride Systeme, die aufeine Antriebseffizienz von insgesamt 35% "von der Quelle zum Rad" für dennormalen europäischen Fahrzyklus abzielen.

6.1.6 Demonstration innovativer öffentlicher und privater Verkehrsträger. DasZiel ist die Demonstration und vergleichende Bewertung des rationellenEnergieeinsatzes, der Emissionen, von Durchführbarkeit, Zuverlässigkeit,Sicherheit, Einsatzfähigkeit und Wirtschaftlichkeit von Fahrzeugen mitalternativem Antrieb (z. B. von Bussen, Zwei- und Dreirädern, PKW, LKW,Schnellbahnen) und von ortsfester Infrastruktur (z.B. Tankanlagen). In allenFällen sollen bei einer Verbesserung der Mobilität eine erheblicheEnergieeinsparung und eine Wärmerückgewinnung ermöglicht werden.Zusätzliche Ziele sind zweckmäßige Indikatoren für wirtschaftliche,energiesparende und umweltfreundlichere Entwicklungen für denFahrzeugantrieb, einschließlich der Entwicklung von Präzisionssimulationenfür Fahrzeugemissionen und Verfahren für die Lebenszyklusanalyse, Testsauf dem Prüfstand, Feldversuche und Sicherheitstests. Das wird Maßnahmenund Technologien demonstrieren, mit denen langfristig das zusätzliche Zieleiner Halbierung des CO2-Ausstoßes pro Fahrgastkilometer und pro Nutzlast-Kilometer und ein Abbau des Schadstoffausstoßes um >90% erreicht werdenkann.


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Für die Einreichung wurden von der EU die folgenden Fristen vorgegeben:First Call: 15.6.1999, Second Call: voraussichtlich Sept. 2000 und Third Call:voraussichtlich Sept. 2001.

Von Seiten der EU stehen Ihnen folgende Sachbearbeiter zum Thema„Brennstoffzelle“ zur Verfügung:

Themenbereich: „Fuel Cells (Key Action 5.2.6.)“:

DGXVII (Office TERV 5/15), G. Lequeux, Telefon: 0032-2-2992367DGXII (Office MO 75 6/18), M. Borthwick, Telefon: 0032-2-2965025

Themenbereich: „RUE in Transport including fuel cells (Key Actions 6.1.5. und6.1.6.)“:

DGXVII (Office TERV 5/10), S. de Royer, Telefon: 0032-2-2958966DGXII (Office MO 75 6/18), M. Borthwick, Telefon: 0032-2-2965025

Auf nationaler Ebene steht das BIT beratend als EU-Kontaktinstitution zur Verfügung.Projektanträge können vom BIT bezogen bzw. von der Cordis-Website der EU direktheruntergeladen werden: (http://www.cordis.lu/fp5/src/t-4.htm)

Kontaktperson: Dipl.-Ing. Andreas TrojerBIT – Büro für Internationale Forschung und TechnologiekooperationWiedner Hauptstraße 761040 WienTel.: 01 / 581 16 16 – 117; FAX: 01 / 581 16 16 – 16e-mail: [email protected]; http://www.bit.ac.at/

http://www.cordis.lu/fp5/src/t-4.htm


http://www.bit.ac.at/

Zusammenfassung

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8 ZUSAMMENFASSUNGDas Anwendungsfeld für stationäre Brennstoffzellen-Systeme hat sich in den letztenJahren vor allem auf 3 Produktlinien konzentriert: (i) Mini-BHKWs, (ii) BHKWs und(iii) dezentrale Anlagen bestehend aus Brennstoffzelle und Gasturbine zur reinenStromerzeugung. Vorteile gegenüber den Konkurrenzsystemen Gasmotor undGasturbine werden vorwiegend in den hohen Wirkungsgraden, den geringenSchadstoffemissionen, dem guten Teillastverhalten und den langen Betriebsperiodenzwischen Störfällen gesehen. Als besonders nachteilig sind die noch sehr hohenInvestitionskosten, die limitierte Lebensdauer und der geringe Entwicklungsstand desGesamtsystems zu erwähnen. Brennstoffzellen-Systeme sind vor allem für denindustriellen, kommerziellen (Handel und Gewerbe) und privaten Sektor(Gebäudebereich) konzipiert worden und bis dato in diesen Sektoren zum Einsatzgelangt.

Die Entwicklungen von Brennstoffzellen-Systemen haben derzeit den Status vonPilot- und Demonstrationsanlagen noch nicht überschritten. Am weitestenfortgeschritten sind BHKW-Anlagen basierend auf der phosphorsauren Technologie,welche bereits kommerziell verfügbar sind. Die wirtschaftlichen und technischenCharakteristika lassen diese Anlage allerdings nur für Nischen- und nicht fürBreitenanwendungen für die nahe Zukunft einsetzbar erscheinen. DieEntwicklungsfirmen sind einerseits gefordert, die Herstellungskosten drastisch zusenken und andererseits, die Lebensdauer der Anlagen zu erhöhen. Zusätzlichkönnten Förderungen der Investitionskosten in der Größenordnung von 30 % denMarkteintritt von solchen Anlagen beschleunigen.

Die derzeitigen europäischen Demonstrationsprojekte wurden vorwiegend von Gas-und Elektrizitätsversorgungsunternehmen durchgeführt, die teilweise von der EUund/oder nationalen Förderprogrammen unterstützt worden sind. In Österreichwurden bis dato nur sehr vereinzelte Projekte zum Thema “Brennstoffzelle”durchgeführt, wobei insbesondere die Aktivitäten der österreichischen Gaswirtschaftin dieser Broschüre vorgestellt werden.


Seite 52

Die weiteren Inhalte der Broschüre fokussieren auf den Stand der Technik, auf dieWirtschaftlichkeit der derzeitig kommerziell verfügbaren Einheiten, dieFörderungsmöglichkeiten für die Realisierung von F&E Projekten und wichtigenationale/internationale Kontaktadressen. Projektübersichten über die im THERMIEProgramm geförderten EU-Projekte runden die Publikation ab.

Literatur

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9 LITERATUR

/L 1/ ETSU, „Energy technology: The next steps, Summary findings from the ATLASproject“, Luxembourg, December 1997 (http://europa.eu.int/en/comm/dg17/dg17home.htm)

/L 2/ Hagler-Bailly, „European Energy Technologies: Global Competitive Review andCritical Success Factors“, Workshop on the prospects for more advanced energy efficientindustrial processes, Brussels, May 1998

/L 3/ R. A. Bajura, „Fuel Cells: Simple solutions in a complicated world“. Presented at theJoint Fuel Cell Technology Review Conference, Chicago, August 1999

/L 4/ K. Kordesch, et. al., „Intermittent use of a low-cost alkaline fule cell hybrid system forelectric vehicles“, Journal of Power Sources 80 (1999), pp. 190 - 197

/L 5/ H. Wackertapp, H. Nymoen, „Technischer und wirtschaftlicher Vergleich vonBrennstoffzellen mit konventionellen KWK-Technologien“, publiziert im Tagungsband„Energieversorgung mit Brennstoffzellen-Anlagen“, VDI-Berichte 1174, VDI-Verlag,Düsseldorf 1995.

/L 6/ J. A. Scroppo, „NAS Miramar Molten Carbonate Fuel Cell Demonstration Status“, FuelCells ‘97 Review Meeting, Chicago, August 1997.

/L 7/ C. Bentley, “ERC’s Direct Carbonate Fuel Cell Pogram”, Fuel Cells ‘97 ReviewMeeting, Chicago, August 1997.

/L 8/ D. M. Rastler, „EPRI Perspective – Fuel Cells in Evolving Energy Markets“, Fuel Cells‘97 Review Meeting, Chicago, August 1997.

/L 9/ P. Berger, „Perspektiven der Karbonatschmelzen-Brennstoffzellen“, Tagung der VNG-Verbundnetz Gas AG während der Internationalen Fachmesse für Umwelttechnik und EnergieTerraTec am 4. März 1999 in Leizpig.

/L 10/ Sulzer Hexis AG, Broschüre, 1998

/L 11/ J. A. Kuipers, „100 kWel SOFC System: Experiences from a user point of view“, pp.450 – 453, Proceedings of the 1998 - Fuel Cell Seminar, Palm Springs, California, November16 – 19, 1998

/L 12/ R. A. George, „Westinghouse Program Overview“, Fuel Cells ‘97 Review Meeting,Chicago, August 1997.

/L 13/ Siemens Westinghouse AG, Broschüre, 1998

http://europa.eu.int/en/comm/dg17/dg17home.htm


Seite 54

/L 14/ Dieses Beispiel stammt aus dem Erdgas-Report der VNG (Verbund-Netz-Gas),Nr. 2/99 und wird mit Zustimmung der VNG publiziert.

/L 15/ „Energie, Umwelt und Nachhaltige Entwicklung“, Programm für Forschung,technologische Entwicklung und Demonstration des Fünften Rahmenprogrammes der EU,Brüssel, April 1999 (http://www.cordis.lu/fp5/src/t-4.htm)

/L 16/ H. Rieger, Cl. Schmied, „Handbuch EU-konformer Förderungen“, Ueberreuter,Wien/Frankfurt, 1998

Weiterführende Literatur zu den Themen „Brennstoffzelle“ und „Kraft—Wärme—Kopplung“:

A. J. Appleby, Fr. R. Foulkes, „Fuel Cell Handbook“, Van Nostrand Reinhold, 1989

Leo J.M.J. Bomen, M. N. Mugerwa, „Fuel Cell Systems“, Plenum Press, 1993.

J. H. Hirschenhofer, D.B. Stauffer, R.R. Engleman, M.G. Klett, „Fuel Cell Handbook”,Fourth Edition, DOE/FETC-99/1076, Morgantown, November1998

K. Kordesch, G. Simader, „Fuel Cells and their Applications“, VCH, Weinheim-NewYork,Tokyo, Basel, 1996

VDI-Gesellschaft für Energietechnik, „BHKW-Handbuch“, Kraft-Wärme-Kopplung mitVerbrennungsmotoren, Düsseldorf, 1999

VDI-Gesellschaft Energietechnik, „Blockheizkraftwerke ‘99“, Technik und Entwicklung,Wirtschaftlichkeit, Betriebserfahrung, VDI Berichte 1485, Essen, Juni 1999

http://www.cordis.lu/fp5/src/t-4.htm

Wichtige internationale und nationale Kontaktadressen, F&E-Institute und Know-How Träger

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10 WICHTIGE INTERNATIONALE UNDNATIONALE KONTAKTADRESSEN,F&E-INSTITUTE UND KNOW-HOWTRÄGER

AlliedSignal50 East Algonquin RoadP.O. Box 5016, Des Plaines, IL 60016 – 6169, USAhttp://www.alliedsignal.com/� Entwicklung von PEFC und SOFC Komponenten und Anlagen

ALSTHOMLyoner Str. 44 – 48, 60528 Frankfurt/Main, DTel: (49 69) 6632-0; FAX: (49-69) 66-32-2244� Entwicklung von 250 kWel PEFC Anlagen

American Fuel Cell Corp.268 Summer Street Boston, MA 02210, USAPhone: 001-617-542-6352; Fax:001-617-695-3272http://www.analyticpower.com/� Entwicklung von PEFC Mini BHKW-Anlagen

Ballard Power Systems9000 Glenlyon ParkwayBurnaby, BC V5J 5J9, CanadaPhone: 001 604.454.0900, Fax: 001 604.412.4700http://www.ballard.com/� Entwicklung von PEFC stacks für mobile und stationäre Anlagen.

DAIS Corp.2415 Destiny Way Suite 2Odessa, FL 33556, USAhttp://dais.net/� Entwicklung von PEFC Komponenten und Mini-BHKW Anlagen

http://www.alliedsignal.com/

http://www.analyticpower.com/

http://www.ballard.com/


http://www.ansaldo.it/CLC/

http://dais.net/


Seite 56

DOE / FETChttp://www.fetc.doe.gov/�� US Förderungsinstitution mit Fuel Cell Schwerpunktprogramme

Energy Partners L.C.1501 Northpoint Parkway, Suite 102West Palm Beach, FL 33407, USAhttp://www.energypartners.org/� Entwicklung von PEFC Komponenten, stacks und Anlagen (stationäre und mobil)

EPRI – Electric Power Research Institute3412 Hillview AvenueP.O. Box 10412Palo Alto, CA 94303 – 0813, USAhttp://www.epri.com/� F&E Zentrum der amerikanischen EVUs

ERC – Energy Research Corp.3 Great Pasture RoadDanbury, CT 06813, USAhttp://www.ercc.com/� Entwicklungsfirma von MCFC stacks und Anlagen

GRI – Gas Research Institute8600 West Bryn Maivr AvenueChicago, IL 60641-3562, USAhttp://www.gri.org/� F&E Zentrum der amerikanischen GVUs

H-Power Corp.60 Montgomery StreetBelleville, NJ 07109, USAhttp://www.hpower.com/� Entwicklungsfirma von PEFC Komponenten, stacks und Minianlagen

http://www.fetc.doe.gov/

http://www.energypartners.org/

http://www.ercc.com/

http://www.epri.com/

http://www.ercc.com/


http://www.gri.org/

http://www.hpower.com/


Seite 57

HGC Hamburger Gas ConsultHeidenkamsweg 101, 20097 Hamburg, DTel.: (+49) 20 23533-0, FAX: (+49) 20 2366-3730;e-mail: [email protected]� Entwicklungsfirma von PEFC Mini BHKW-Anlagen (in coop. mit American FuelCell Corp.)

M-C Power Corporation8040 South Madison StreetBurr Ridge, IL 60521, USAhttp://www.mcpower.com/� Entwicklungsfirma von 250 kWel MCFC Anlagen

MTU Friedrichshafen GmbHMTU Motoren- und Turbinen-UnionFriedrichshafen GmbH, 88040 Friedrichshafen, DTel.: (+49) 7541 90-3785; Fax: (+49) 7541 90-2724http://www.mtu-friedrichshafen.com/� Entwicklung von 300 kWel MCFC Anlagen

ONSI Corporation195 Governor's HighwayP.O. Box 739, South Windsor, CT 06074, USATel.: (001) 860-727-2550; Fax: (001) 860-727-2319http://www.onsicorp.com/index.html� Entwicklung von 200 kWel PAFC Anlagen

Plug Power L.L.C.968 Albany-Shaker RoadLatham, NY 12110, USAhttp://www.plugpower.com/� Entwicklung von PEFC Kleinanlagen für stationäre und mobile Anwendungen

Siemens/Westinghouse Power Corp., STSSOFC Power Generation1310 Beulah Road Building 401Pittsburgh, PA 15235, USAhttp://www.stc.westinghouse.com/dept/� Entwicklung von SOFC stacks, BHKW und dezentrale Anlagen (Brennstoffzellekombiniert mit Gasturbine)


http://www.mcpower.com/

http://www.mtu-friedrichshafen.com/

http://www.onsicorp.com/index.html

http://www.plugpower.com/

http://www.ballard.com/

http://www.analyticpower.com/

http://www.mtu-friedrichshafen.com/

http://www.stc.westinghouse.com/dept/


Seite 58

SOFCo / Ceramatec2425 South 900 WestSalt Lake City, UT 84119 – 1517, USA� Entwicklung von SOFC Komponenten, stacks und Mini-BHKWs

Sulzer Hexis Ltd.P. O. Box 414; CH-8401 Winterthur; SchweizTel.: (+41) 52-262 8276; Fax: (+41) 52-262 6333; http://www.hexis.com/� Entwicklung von SOFC Mini-BHKW Anlagen

TMI - Technology Management, Inc.9718 Lake Shore BoulevardCleveland, Ohio 44108-1049, USATel. und Fax: (001) 216-541-1000� Entwicklung von SOFC Mini-BHKW Anlagen

ZTEK Corp.460 Totten Pond RoadWaltham, MA 02154, USA� Entwicklung von SOFC Mini-BHKW Anlagen

Technische Universität Graz

Inst. f. Chemische Technologie Anorganischer StoffeUniv.-Prof. Dr. Karl KordeschStremayrgasse 16 / III, 8010 GrazTel.: 0316 / 873 8290, FAX: 0316 / 873 8272

Inst. f. HochspannungstechnikUniv.-Prof. Dr. Kurt FriedrichDipl.-Ing. Dr. Viktor HackerInffeldgasse 28, 8010 GrazTel.: 0316 / 873 7406, FAX: 0316 / 873 7401http://an.e2i.at/bis/ (Website in Zusammenarbeit mit dem ÖVE)


http://www.hexis.com/

http://an.e2i.at/bis/


Seite 59

Technische Universität Wien

Institut für Verfahrenstechnik, Brennstofftechnik und UmwelttechnikUniv. Prof. Dipl.-Ing. Dr. Hermann HofbauerVerfahrenstechnik, Brennstofftechnik und UmwelttechnikGetreidemarkt 9; 1060 WienTel: 01 / 58801 15901, FAX: 01 / 58801 15999e-mail: [email protected]

Inst. für Techn. Elektrochemie und FestkörperchemieUniv.-Prof. Dr. Christoph FabjanGetreidemarkt 9; 1060 WienTel.: 01 / 58801 15820, FAX: 01 / 58801 15899e-mail: [email protected]

Universität Wien

Inst. für Physikalisch ChemieAss.-Prof. Dr. Gerhard NauerWähringerstr. 42, 1090 WienTel.: 01 / 4277 52452, FAX: 01 / 4277 9524e-mail: [email protected]

Plansee AGDr. Martin Janousek, Dr. Silvia KremshoferA-6600 Breitenwang (Reutte, Tirol)Tel.: 05672 / 600-0; FAX: 05672 / 600-514� Entwicklung von SOFC Komponenten

Austria Ferngas Gesellschaft m.b.H.Dipl.-Ing. Thomas HeissenbergerSchubertring 14, 1010 WienTel.: 01 / 5131585 25, FAX: 01 / 5131585 32;e-mail: [email protected]

E.V.A. – EnergieverwertungsagenturDipl.-Ing. Dr. Günter R. SimaderLinke Wienzeile 18, 1060 WienTel: 01 / 5861524, FAX: 01 / 5869488,e-mail: [email protected]







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11 LISTE VON EU-PROJEKTENDie EU hat im 4. Rahmenprogramm des JOULE und THERMIE Programmeszahlreiche Brennstoffzellen-Projekte gefördert. Die nachfolgenden Tabellen geben inübersichtlicher Form die prinzipiellen Projektinformationen wieder.

Weitere Informationen über die angeführten Projekte können direkt von der CORDISwebsite der EU (http://www.cordis.lu) abgefragt werden. Weiters stehen Ihnen fürspezifische Anfragen die Sachbearbeiter der EU zur Verfügung. 34

Tabelle 5 Unterstützung von Brennstoffzellen-Projekten aus dem JOULE Programm des 4.Rahmenprogrammes der EU (Stand: November 1998)

Vertrags-nummer

Titel des Projektes Koordinator Gesamtvolumendes Projektes in

Euro [€]

Fuel Cell and Related Technologies

JOE3-CT95-0027 Second Generation SPFC:

Development of Commercially Viable

Stacks

M. Waidhas Siemens AG 7.000.000

JOE3-CT97-0045 Advanced Solid Polymer Fuel Cells for

Operation at Temperatures up to

200° C

G. Caserza CLC srl 668.000

JOE3-CT95-0005 Improving durability of SOFC Stacks T. Nilssen RISO National

Laboratory

4,788.296

JOE3-CT95-0008 Evaluation and Scale-up of Intermediate

Temperature (700° C) SOFC

Technology

J. Cotton Ceram. Research –

British ceramic

Research Ltd.

2,507.834

34 Siehe hierzu Abschnitt 7 auf Seite 49.

http://www.cordis.lu/

Liste von EU-Projekten

Seite 61

JOE3-CT95-0015 Development of 50 kW Class SOFC

System and Components

W.

Drenckhahn

Siemens AG 9,395.049

JOE3-CT97-0060 Development of a Novel Partial

Oxidation Reactor for Natural Gas and

Integration into a Micro-CHP SOFC

System

E. Polman Gastec NV 924.965

JOE3-CT97-0071 BARAKA: Feasibility Study of an Urban

Fuel Cell Network with Coal Gasifier

C. Leonard Berlin 1,385.171

JOE3-CT95-0024 Selection and Development of Materials

for High-endurance MCFC Bipolar Plate

L. Plomp Netherlands Energy

Research

Foundation

1,198.893

JOE3-CT95-0026 Development of Industrially Relevant

MCFC Stacks

M. Leonini Ansaldo Ricerche

Srl

3,244.500

JOE3-CT95-0033 Advanced DIR-MCFC development P. Kortbeek Brandstofcel

Nederland BV

11,437.883

JOE3-CT95-0025 Direct Methanol Fuel Cell: System

Development and a Stack Construction

W. Preidel Siemens AG 5,606.481

JOE3-CT97-0049 Development on Low Temperature Fuel

Cells with Methanol as a Fuel Option

Ciemat 2,574.908

JOE3-CT97-0063 Conception and Realisation of a New

Low Cost Direct Methanol Fuel Cell

R. Gille SRTI System 5,309.000

Fuel Cells / Fuel Cell Batteries for Energy Storage Technologies, including RenewableEnergy Storage

JOR3-CT98-0298 Development of Electrically

Rechargeable Zinc-Air Batteries (ELZA)

Dr. L.

Joerissen

ZSW 1,893.461

JOR3-CT97-0193 Development of Air Metal Hydride

Battery (AMHBAT)

Prof. Niels J.

Bjerrum

Technical

University of

Denmark

1,863.793


Seite 62

JOR3-CT97-0207 Energy Storage by reversible

electrolyser / fuel cell system

A. Heinzel FhG-ISE 1,661.700

Transport Technologies FP4

J0E3-CT95-0013 HYDRO-GEN: Second Generation PEM

Fuel Cell Working with Hydrogen Stored

at High Pressure for the Electric Vehicle

J. P. Lisse GIE PSA Peugeot -

Citroen

6,989.223

J0E3-CT95-0039 Car Autothermal Process Reactor

Initiative (CAPRI)

Dr. Axel

König

VOLKSWAGEN AG 4,320.000

J0E3-CT96-0043 Development of a Full Size Electric Bus

with 2nd Generation Fuel Cell Stacks

(FCBUS)

Mr. P.

Sanglan

Air Liquide 4,315.338

J0E3-CT95-0002 Development and Evaluation of an

Integrated Methanol Reformer and

Catalytic Gas Clean-up System for a

SPFC Electric Vehicle

R. Dams Wellman -CJB 3,175.506

J0E3-CT95-0075 Hydrogen Separation from Reformate

Produced by On-board Methanol

Reformer for SPFC Vehicles:

Development and Evaluation of Metal

Membrane Unit

Dr. P. Pex ECN 1,987.560

JOE3-CT950038 Compact Methanol Reformer Test –

Design, Construction and Operation of

a 25kW Unit

J. Hansen HaldarTopsoe 2,495.100

J0E3-M7-0088 European Integrated Hydrogen Project

(EIHP)

Mr. Reinhold

Wurster

Ludwig-Bölkow-

Systemtechnik

GmbH

2,548.966

Concerted Action on High Temperature Fuel Cells

FUNTY: High Temperature Fuel Cells

Use for the Next Ten Years

Berlin 305.339


Seite 63

Accompanying Measures Studies

J0E3-CT97-2002 Study Zero Emission Vehicles and

Ultra-Low Emission Vehicles in the USA

Mr. W.

Ledeboer

De Stichting

Walsah

14.950

J0E3-CT98-2002 Feasibility on Fuel Cell Locomotives Mr. B.

Perniceni

ERRI 140.000

Transport Technologies FP3

JOU2-CT93-0301 Fuel Cell Powered Electric Vehicle for

Efficiency and Range (FEVER)

Mr. Jean-

Pierre Buchel

GIE RENAULT 4,288.280


Seite 64

Tabelle 6 Unterstützung von Brennstoffzellen-Projekten aus dem JOULE Programm des 4.Rahmenprogrammes der EU (Stand: November 1998)

Stationary applications

EI/0003/97/DE Erection of a 250 kWe/237 kWth PEM

Fuel Cell plant for combined heat and

power production in Berlin-Treptow

M. Pokojski Bewag 7,331.063

EI-174-97-FR Stationary application of a PEM fuel cell

fed with waste hydrogen

P.Sanglan Air Liquide DTA 4,401.253

EI-028-98-DE Application of the first RPG unit based

on PEMFC technology for CHP

generation at the Gas House of the

VNG in Machern

G. Gummert HGC Hamburg 73.237

EI-091-95-NL Rational and clean use of energy by

combination of a novel absorption

cooling machine and a PAFC at a

University site

E.A. Polman Gastec N.V. 2,261,000

EI-001-97-DE MCFC Balance of Plant Innovation G.

Huppmann

MTU GmbH 3,315.000

EI-001-98-DE Demonstration of a DFC Hot Module

Pilot Plant for cogeneration

G.

Huppmann

MTU GmbH 3,035.000

Integrated Fuel Cell in stationary applications

BU-065-97-DE Rational supply of power (PAFC, PV),

heat and cooling in buildings

demonstrated by a hospital in Dresden

K.H. Jurgen DBI Gas und

Umwelttechnik

3,016.477

Transport

TR-093-98-DE Fuel Cell bus for Berlin, Copenhagen,

Lisbon

Senate of Berlin 2,300.000

TR-193-98-FR VELAPAC –- Véhicule Léger á Pila á

Combustible

CNIM 1.200.000


Seite 65

Accompanying Measures / Studies

SME-0389-95-DE Feasibility and market study into fuel

cell applications for decentralised heat

and power generation and peak

demand management

C.

Waldenmeyer

ICEU 100.000

STR-0508-95-GB Fuel Cell demonstration in Europe – a

perspective from potential users

Ms. Haydock ETSU 80.900

DIS-0887-96-DE Collection of data on fuel cell

applications in energy supply and

warranty of optional availability of these

data

C.

Waldenmeyer

ICEU 206.700


Seite 66

OPETAustria

Diese Informationsbroschüre wurde aus Mitteln des OPET AUSTRIA Projektesunterstützt. OPET AUSTRIA ist Mitglied des OPET-Netzwerkes der EuropäischenUnion zur Förderung von erneuerbaren, effizienten und innovativenEnergietechnologien. OPET AUSTRIA wird von folgenden Organisationen gebildet:Energieverwertungsagentur (E.V.A.), Linke Wienzeile 18, 1060 Wien;Österreichischer Energiekonsumentenverband (Ö.E.K.V.), Museumstrasse 5, 1070Wien; Büro für internationale Forschungs- und Technologiekooperation (BIT),Wiedner Hauptstraße 76, 1040 Wien; Energieinstitut Vorarlberg, Stadtstrasse33/CCD, 6850 Dornbirn; Energie Tirol, Adamgasse 4/III, 6020 Innsbruck;Ökologische Betriebsberatungsstelle Salzburg, Julius-Raab-Platz 1, 5027 Salzburg

brennstoffzellen-systeme - energietechnik der...

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