1 Energy is life DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb 20072 Stromverbrauch CH...

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Energy is life

DaimlerChrysler DaimlerChrysler PowerSystemPowerSystemss Schweiz AG Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007Werner Frei, Feb 2007 77

Brennstoffzelle –Brennstoffzelle –

Was ist das?Was ist das?

Ganz Einfach:Ganz Einfach: Eine Batterie, die anstatt Kohle undEine Batterie, die anstatt Kohle und Zink Wasserstoff verbraucht Zink Wasserstoff verbraucht

Eine technische Revolution:Eine technische Revolution: Umwandlung von Primärenergie direkt in StromUmwandlung von Primärenergie direkt in Strom

Nichts Neues:Nichts Neues: Das Prinzip wurde schon um 1838 vom Basler Professor C.F. Schönbein Das Prinzip wurde schon um 1838 vom Basler Professor C.F. Schönbein

entdeckt und 1845 vom Engländer W.R. Grove erstmalig in einem entdeckt und 1845 vom Engländer W.R. Grove erstmalig in einem funktionsfähigen Laboraufbau umgesetzt.funktionsfähigen Laboraufbau umgesetzt.

DaimlerChrysler DaimlerChrysler PowerSystemPowerSystemss Schweiz AG Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007Werner Frei, Feb 2007

Wasserstoffmoleküle treffen Wasserstoffmoleküle treffen auf die Anode und werden auf die Anode und werden zerlegt in atomaren zerlegt in atomaren Wasserstoff. Hier geben sie Wasserstoff. Hier geben sie ihre Elektronen ab und ihre Elektronen ab und wandern als Ionen (Kation: wandern als Ionen (Kation: positiv geladen) durch die positiv geladen) durch die Membrane (=engmaschiges Membrane (=engmaschiges Gitter, das nur Atomkerne Gitter, das nur Atomkerne ohne Elektronen durchlässt). ohne Elektronen durchlässt). Die Elektronen werden durch Die Elektronen werden durch die leitende Oberfläche der die leitende Oberfläche der Anode über den Verbraucher Anode über den Verbraucher zur Kathode geleitet wo sie zur Kathode geleitet wo sie zusammen mit den zusammen mit den Wasserstoffionen und dem Wasserstoffionen und dem Sauerstoff zu Wasser Sauerstoff zu Wasser reagieren (verbrennen).reagieren (verbrennen).

Beispiel: ‚kalte‘ Verbrennung PEM oder PAFCBeispiel: ‚kalte‘ Verbrennung PEM oder PAFC

H+

H+

H2 O

OH+

H+

H2

O2

H2O

e-

e-

H2OH2O

H2O

O2H2

H2

Wärme

AnodeAnode KathodeKathodeMembrane (Elektrolyt)Membrane (Elektrolyt)

e- e-

Brennstoffzelle -Brennstoffzelle - Wie funktioniert das?Wie funktioniert das?


Brennstoffzelle gegenüber Brennstoffzelle gegenüber konventionellen Technologienkonventionellen Technologien

viel versprechend:viel versprechend:– hohe Wirkungsgrade hohe Wirkungsgrade (kein Carneau-Prozess)(kein Carneau-Prozess)

– Minimale Abgasemissionen Minimale Abgasemissionen (Chemische Umformung, keine Verbrennung)(Chemische Umformung, keine Verbrennung)

– kein Russ / Staub kein Russ / Staub (Russ entsteht bei jedem Verbrennungsprozess)(Russ entsteht bei jedem Verbrennungsprozess)

– Wartungsfrei Wartungsfrei (kein Schmieröl, keine bewegliche Teile, kein Verschleiss)(kein Schmieröl, keine bewegliche Teile, kein Verschleiss)

– Einfacher Aufbau, geringe Kosten Einfacher Aufbau, geringe Kosten (…jedenfalls in der Serienproduktion)(…jedenfalls in der Serienproduktion)

aber: je nach Typ und Herstelleraber: je nach Typ und Hersteller– reine Brennstoffe notwendig reine Brennstoffe notwendig (prinzipiell nur Wasserstoff und Sauerstoff)(prinzipiell nur Wasserstoff und Sauerstoff)

– Gasaufbereitung bedingt teure WartungGasaufbereitung bedingt teure Wartung– Degradation der Zellen Degradation der Zellen (Stapellebensdauer meist gering)(Stapellebensdauer meist gering)

– Produktionsverfahren müssen erst entwickelt werdenProduktionsverfahren müssen erst entwickelt werden


A) mit ‚kalter‘ VerbrennungA) mit ‚kalter‘ Verbrennungbis ca. 200°Cbis ca. 200°C

kann nur Wasserstoff direkt verwendenkann nur Wasserstoff direkt verwenden hohe Ansprüche an die Gasqualität z.B.: kein hohe Ansprüche an die Gasqualität z.B.: kein

CO (wirkt toxisch)CO (wirkt toxisch) Reformer externReformer extern Komplexe Zusammensetzung mit teilweise Komplexe Zusammensetzung mit teilweise

problematischen Materialienproblematischen Materialien PAFC, PEMPAFC, PEM Entwicklungsstand: Feldtest / Serieneinführung Entwicklungsstand: Feldtest / Serieneinführung

teilweise seit mehreren Jahren auf dem Markt.teilweise seit mehreren Jahren auf dem Markt. Anwendung: Fahrzeuge (Stationärbetrieb Anwendung: Fahrzeuge (Stationärbetrieb

solange keine Alternative besteht)solange keine Alternative besteht)

B) mit ‚heisser‘ VerbrennungB) mit ‚heisser‘ Verbrennungüber 600°Cüber 600°C

Reformer intern (Dampfreformer)Reformer intern (Dampfreformer) geringere Ansprüche an die Gasqualität.geringere Ansprüche an die Gasqualität. Erdgas und Biogas als Energiequelle direkt Erdgas und Biogas als Energiequelle direkt

nutzbar. (Ev. sogar mit Erdöl)nutzbar. (Ev. sogar mit Erdöl) Unproblematische MaterialienUnproblematische Materialien MCFC, SOFCMCFC, SOFC Entwicklung: Labor / Feldtestanlagen, Entwicklung: Labor / Feldtestanlagen,

Markteinführung in wenigen JahrenMarkteinführung in wenigen Jahren Anwendung: voraussichtlich nur Anwendung: voraussichtlich nur

StationärbetriebStationärbetrieb

Wir unterscheiden grundsätzlich zwei Typen von BrennstoffzellenWir unterscheiden grundsätzlich zwei Typen von Brennstoffzellen

Brennstoffzelle –Brennstoffzelle – Welche Typen gibt es?Welche Typen gibt es?


Hoc

hte

mper

atur

Hoc

hte

mper

atur

Bre

nnss

toff

zelle

n

Bre

nnss

toff

zelle

n

Phosforsaure BZPhosforsaure BZ

Membran BZMembran BZ HH22

OO22

HH22OOHH++ PAFC: 180°C – 220°CPAFC: 180°C – 220°C

PEM: 30°C – 80°CPEM: 30°C – 80°C

Alkalische BZAlkalische BZHH22OO

HH22

HH22OO

OO22OHOH-- AFC: 25°C – 35°CAFC: 25°C – 35°C

FestoxydFestoxyd BZ BZ HH22

HH22OOOO22OO2-2- SOFC: 1000°CSOFC: 1000°C

Schmelz-Schmelz-karbonat BZkarbonat BZ COCO22

HH22

HH22OOCOCO22

OO22COCO332-2- MCFC: 650°CMCFC: 650°C

Nie

der

tem

per

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der

tem

per

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Bre

nnss

toff

zelle

n

Bre

nnss

toff

zelle

n

Brennsstoffzellen TypenBrennsstoffzellen Typen

ElektrolytElektrolyt KathodeKathodeAnodeAnode


Die Brennstoffzelle der MTU CFC wird HotModule genannt und Die Brennstoffzelle der MTU CFC wird HotModule genannt und baut auf der Schmelzkarbonat Brennstoffzelle auf, der so baut auf der Schmelzkarbonat Brennstoffzelle auf, der so genannten genannten MMolten olten CCarbonate arbonate FFuell uell CCell resp. MCFC.ell resp. MCFC.

Vorteile des Vorteile des hotmodule gegenüber anderen Technikengegenüber anderen Techniken– Hohe Arbeitstemperatur von 650°C (Hochtemperatur-Zelle)Hohe Arbeitstemperatur von 650°C (Hochtemperatur-Zelle)– Im Gegensatz zur SOFC mit über 900°C (z.B. Hexis) kann mit Im Gegensatz zur SOFC mit über 900°C (z.B. Hexis) kann mit

handelsüblichen Metallwerkstoffen gearbeitet werden; Kein Keramikhandelsüblichen Metallwerkstoffen gearbeitet werden; Kein Keramik– Mittlere Leistung mit 250kW el; AnlagenbauMittlere Leistung mit 250kW el; Anlagenbau– Hoher Wirkungsgrad 47% netto, 55% DC (Zellstapel)Hoher Wirkungsgrad 47% netto, 55% DC (Zellstapel)– Hohe Ablufttemperatur; weites Anwendungsgebiet für Wärmeverwendung Hohe Ablufttemperatur; weites Anwendungsgebiet für Wärmeverwendung

Dampf, Absorber…Dampf, Absorber…– kein Kühlkreislauf notwendig; überschüssige Wärme in der Abluftkein Kühlkreislauf notwendig; überschüssige Wärme in der Abluft

hotmodulehotmodule


Karbonat-BrennstoffzelleKarbonat-Brennstoffzelle

Der ZellstapelDer ZellstapelDer so genannte Stack besteht aus Der so genannte Stack besteht aus 300 Zellen. 300 Zellen.

Eine einzelne Zelle gibt eine Eine einzelne Zelle gibt eine Spannung von ca. 0,7V und ist aus Spannung von ca. 0,7V und ist aus min. drei Platten aufgebaut: Anode, min. drei Platten aufgebaut: Anode, Elektrolyt, Kathode. Zwischen den Elektrolyt, Kathode. Zwischen den Platten müssen leitende Platten müssen leitende Stromkollektoren und andere Stromkollektoren und andere Zwischenschichten angebracht Zwischenschichten angebracht werden.werden.

Zur Zeit müssen noch alle Schichten Zur Zeit müssen noch alle Schichten von Hand zusammengebaut von Hand zusammengebaut werden!werden!

Im Bild: Einer der UrstapelIm Bild: Einer der Urstapel

DaimlerChrysler DaimlerChrysler PowerSystemPowerSystemss Schweiz AG Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007Werner Frei, Feb 2007Neue Technologien

Das erste HotModuleDas erste HotModuleimimLabor-Labor-testtest

Das erste HotModuleDas erste HotModulewurde 1997 wurde 1997 bei der Ruhrgas AG bei der Ruhrgas AG In Dorsten getestetIn Dorsten getestet


hotmodulehotmodule

Im Bild:Im Bild:Anlage imAnlage imRöhn-KlinikumRöhn-Klinikum

Von diesem Typ Von diesem Typ sind derzeit 16 sind derzeit 16 Feldtestanlagen Feldtestanlagen in Betrieb und in Betrieb und haben bereits haben bereits bis zu 30‘000 bis zu 30‘000 Stunden ohne Stunden ohne Nennenswerte Nennenswerte Störungen Störungen gearbeitet.gearbeitet.


hotmodulehotmodule

Im Bild:Im Bild:Anlage VattenfallAnlage Vattenfallin Berlinin Berlin

Zweistoff-Anlage mit Zweistoff-Anlage mit Methanol / Erdgas Methanol / Erdgas im Betrieb im Betrieb umschaltbar.umschaltbar.


Quelle: DLR1999 S.124

(Non-Methane Hydrocarbons)

EmissionenEmissionen

Emissionen der

Brennstoffzelle an der

Nachweisgrenze


Biogas-Anlage StromproduktionBrennstoffzelle / Gasmotor

0

100

200

300

400

500

600

700

100 300 500 700 900 1100 1300 1500

Gasleistung

Str

om

pro

du

ktio

n

JMC 312 GS-B.L

C40AB 3042L

HotModule

Potential Brennstoffzelle

MDE 3066 L 4

-32.4%Gas

35.1%

mehr Strom

MDE 3066 L4

MDE 3042 L1

HotModule HM300


Biogas-Anlage WirkungsgradBrennstoffzelle / Gasmotor

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

100 300 500 700 900 1100 1300 1500

Gasleistung

Str

om

pro

du

ktio

n

JMC 312 GS-B.L

C40AB 3042L

HotModule

Potential Brennstoffzelle

MDE 3066 L 4

MDE 3066 L4 MDE 3042 L1

HotModule HM300


Systemansatz Systemansatz BIOVISIONBIOVISION

Biogas Strom

High Value Food

HotModule

Mineral-Dünger

Gärrestver-arbeitung Saubere CO2 Düngung

Hygienic Green House New Value Food

SubstratSubstrat--

reinigunreinigunggHitze


Unsere ProdukteUnsere Produkte Gasmotoren Magerturbo für Biogas Gasmotoren Magerturbo für Biogas el 38% el 38%

– 50 kW el MAN50 kW el MAN– 100 kW el MAN100 kW el MAN– 120 kW el MAN120 kW el MAN– 180 kW el MDE180 kW el MDE– 360 kW el MDE360 kW el MDE

Brennstoffzelle Brennstoffzelle el 50% el 50%– 245 kW el / 180 kW th245 kW el / 180 kW th

Dieselmotoren 75…9000 kW elDieselmotoren 75…9000 kW el

2727

24h Pickettdienst079 / 834 11 70

Innerhalb der Bürozeiten verwenden Sie bitte:

044 / 738 28 10

Sollte es einmal vorkommen, dass der Pickettdienst nicht erreichbar ist (technische Panne, vorübergehend kein Empfang …), dann versuchen Sie es bitte in dringenden Fällen unter einer der folgenden Nummern:

Jost Mathis 079 / 401 83 63 Erich von Arx 079 / 404 92 58René Walti 079 / 823 72 29 Werner Frei 079 / 300 24 29

DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGGaswerkstrasse 6

CH-8952 Schlieren

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