Kraft-Wärme-Kopplung 28.01.2011, 19:51 Uhr

Das Kraftwerk im Keller ist nicht größer als eine Spülmaschine

Die Brennstoffzelle für den Heizungskeller haben schon viele angekündigt. Das australisch-deutsche Unternehmen Ceramic Fuel Cells Limited macht ernst: Es hat SOFC-Generatoren entwickelt, die in Verbindung mit Brennwerttechnik klimaverträglich heizen sollen

„Kommen Sie zum Vorstellungsgespräch?“ Wer die Frau an der Pforte des Industrieparks Oberbruch in diesen Tagen nach der Ceramic Fuel Cells Limited fragt, hat meist Referenzen, Lebenslauf und Arbeitszeugnisse in der Tasche: CFCL sucht neue Mitarbeiter und die Bewerber geben sich die Klinke in die Hand.

Die kleine Firma hat Großes vor. Ab 2011 sollen hier in Heinsberg jährlich rund 100 Mikrokraftwerke mit einer Leistung bis zu 2 kW hergestellt und montiert werden. Die Anlagen erzeugen Energie mit einer Festoxidkeramik-Brennstoffzelle (SOFC), sind nicht größer als eine Spülmaschine und haben – nach Unternehmensangaben – weltweit die höchsten elektrischen Wirkungsgrade.

Das Besondere: Gekoppelt mit Gas-Brennwerttechnik bilden sie Kombigeräte, die für Ein- und Mehrfamilienhäuser umwelt- und klimaverträglich Strom und Wärme liefern.

Die Idee eines Systems, das Wasserstoff und Sauerstoff emissionsfrei in Wärme und Strom verwandelt, hat in der Vergangenheit schon viele begeistert. Bei der Festoxidkeramik-Brennstoffzelle (SOFC) findet die chemische Reaktion bei 700 oC bis 800 oC an Elektroden aus keramischen Werkstoffen statt, die für Ionen und Elektronen leitfähig sind. Allerdings: An der Umsetzung langlebiger, zuverlässiger und effizienter Brennstoffzellen für den Heizungskeller sind bisher die meisten gescheitert. „Zur Brennstoffzelle wurde in der Vergangenheit schon viel versprochen, aber wenig eingelöst“, weiß auch CFCL-Gründer Karl Föger.

Der geborene Österreicher und promovierte Chemiker will es besser machen. Er setzte von Anfang an auf eigene Forschung und Entwicklung.

„Damit Brennstoffzellen verlässliche und hocheffiziente Systeme werden, kommt es auf die Schnittstellen an“, sagt Karl Föger. Er meint die Schnittstellen zwischen Brennstoffaufbereitung und Zelle, zwischen Zelle und Gasführung, zwischen Steuersystem und Strommanagement. Denn diese Schnittstellen sind gleichzeitig immer auch Schwachstellen: Wenn Brennstoffzellen in der Praxis nicht richtig oder nicht lange genug funktionieren, liegt das oft am schlechten Zusammenspiel der einzelnen Komponenten. „Wir haben uns mit allen Stellschrauben beschäftigt, an denen sich Brennstoffzellen optimieren lassen“, resümiert Föger.

Das Ergebnis sind kompakte Anlagen, die Wasserstoff und Sauerstoff bei 750 oC zu 85 % in Strom und Wärme umsetzen. Dabei hat das Mikrokraftwerk einen elektrischen Netto-Wirkungsgrad von rund 60 % – beide Werte sind Weltspitze, so Föger.

Wesentlich für den Wirkungsgrad ist die Reformierung, der chemische Prozess, bei dem aus Methan der Brennstoff Wasserstoff abgespalten wird. Normalerweise ist die Reformierung eine endotherme Reaktion, die die Energiebilanz des Gesamtsystems verschlechtert. CFCL nutzt dagegen einen Pre-Reformer, der zunächst Propan und Ethan im Erdgas in Methan umwandelt. Die eigentliche Reformierung findet dann innerhalb der Brennstoffzelle direkt an den Nickel-Anoden statt, wo ein Teil der entstehenden Energie aus der elektrochemischen Umwandlung die Reformierung speist.

Die Zellen selbst sind nur 0,3 mm dünn, bestehen aus sieben Schichten: Substrat, Katalysator, Anode, Elektrolysemembran, Kathode und zwei äußeren Kontaktschichten. Eine wichtige Rolle für hohe Umsetzungsraten spielt der Nickelkatalysator, der Teil der Anode ist und in mehrjähriger Arbeit optimiert wurde. Mehr verrät Föger nicht. „Das Zusammenspiel von Oberfläche und Struktur der Kristallite spielt die Schlüsselrolle“, sagt er nur.

Derzeit läuft in der 4500 m2 großen Produktionshalle in Heinsberg alles noch im ersten Gang: Drei Roboter produzieren pro Woche zwei bis drei der etwa 25 cm hohen Brennstoffzellen-Stapel (Stacks), die in Sinteröfen bei 800 oC aktiviert werden.

Die Anlagen, die die Heinsberger produzieren, sind keine Heizungen im klassischen Sinn. „Eigentlich bauen wir Generatoren mit geringer Wärmeabgabe“, betont Frank Obernitz, Geschäftsführer der Heinsberger CFC GmbH. Ideal sind die Geräte beispielsweise für Energieversorger und kommunale Stadtwerke, die ihre dezentrale und emissionsarme Stromerzeugung ausbauen wollen.

Föger und Obernitz wollen für ihre Brennstoffzelle vor allem aber ein Marktsegment öffnen, das es so noch gar nicht gibt: den Beistellmarkt. Jährlich modernisieren schätzungsweise rund 450 000 Hauseigentümer ihre Gasheizung. Würde man einen modernen Gasbrennwertkessel mit einem Brennstoffzellengenerator koppeln, hätte man eine moderne und vor allem emissionsarme Energieversorgung im Haus. Denn die SOFC-Brennstoffzelle allein kann nur den Wärmebedarf von Passiv- und Niedrigenergiehäusern decken oder 200 l Brauchwasser pro Tag erwärmen. Für die Heizung in herkömmlichen Ein- und Mehrfamilienhäuser dagegen reicht die entstehende Abwärme nicht aus.

Und die Kosten für eine Brennstoffzellenheizung? Da schweigt sich Obernitz aus. „Über die hohen Kosten der ersten Feldtestgeräte redet niemand gerne“, sagt er. Der Preis für den Generator soll unter 10 000 € liegen. CHRISTA FRIEDL

Ein Beitrag von:

  • Christa Friedl

    Redakteurin VDI nachrichten. Fachgebiet: Umweltpolitik, Umwelttechnologien.

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