Seit 8 Jahren 26.10.2015, 14:03 Uhr

Diese Brennstoffzelle läuft und läuft und …

Ist die Brennstoffzelle reif für den breiten Serieneinsatz? Die Anzeichen mehren sich. 70.000 Stunden hat jetzt die Hochtemperatur-Brennstoffzelle des Forschungszentrums Jülich geschafft. Seit dem 6. August 2007 läuft sie nonstop. Damit ist die Praxisreife zum Greifen nah. 

Keramische Festoxid-Brennstoffzelle vor geöffnetem Ofen: Seit mehr als acht Jahren produziert die Brennstoffzelle des Forschungszentrums Jülich Strom.

Keramische Festoxid-Brennstoffzelle vor geöffnetem Ofen: Seit mehr als acht Jahren produziert die Brennstoffzelle des Forschungszentrums Jülich Strom.

Foto: Forschungszentrum Jülich

Toyota glaubt schon jetzt, dass die Brennstoffzelle den Schritt aus den Labors in die Serie verdient hat. Vergangene Woche hatte der japanische Pionier das erste Serienauto mit Brennstoffzelle vorgestellt, den Toyota Mirai. Die ersten Exemplare werden bis zum Jahresende auch in Deutschland ausgeliefert. Ob der Toyota Mirai wirklich reif für den Langzeiteinsatz ist, wird die Praxis zeigen.

Am Forschungszentrum Jülich sind die Ingenieure jedenfalls überzeugt, dass die Brennstoffzelle kurz vor dem Durchbruch steht. Die dort installierte Hochtemperatur-Brennstoffzelle liefert seit dem 6. August 2007 und damit seit über 70.000 Betriebsstunden unermüdlich Strom.  Das sind inzwischen mehr als 70.000 Stunden lang ohne Pause. Nahezu 3000 Tage. Mehr als acht Jahre. Nie zuvor lief eine Brennstoffzelle mit keramischen Zellen länger.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
RHEINMETALL AG-Firmenlogo
Verstärkung für unsere technischen Projekte im Bereich Engineering und IT (m/w/d) RHEINMETALL AG
deutschlandweit Zum Job 
Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH-Firmenlogo
Softwareentwickler - Frontend (m/w/d) Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH
Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH-Firmenlogo
Mechaniker / Mechatroniker Sondermaschinenbau (m/w/d) Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH
verschiedene Standorte Zum Job 
Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH-Firmenlogo
Projektmanager für internationale Projekte (m/w/d) Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH
Satteldorf Zum Job 
Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH-Firmenlogo
Konstrukteur Maschinenbau (m/w/d) Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH
verschiedene Standorte Zum Job 
STERIS-Firmenlogo
Lead Talent Acquisition Partner STERIS
keine Angabe Zum Job 
E+E Elektronik-Firmenlogo
Vertriebsingenieur (m/w/d) im Außendienst E+E Elektronik
Vertriebsgebiet Neue Bundesländer Zum Job 
Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH-Firmenlogo
Projektierer (m/w/d) Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH
verschiedene Standorte Zum Job 
scanware electronic GmbH-Firmenlogo
Mitarbeiter (m/w/d) im technischer Vertriebsinnendienst scanware electronic GmbH
Bickenbach Zum Job 
TTP Holding GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur Pharmatechnik (m/w/d) 80% - 100% TTP Holding GmbH
Basel, Visp (Schweiz) Zum Job 
TTP Holding GmbH-Firmenlogo
Chemieingenieur / Verfahrensingenieur (m/w/d) 80% - 100% TTP Holding GmbH
Basel (Schweiz) Zum Job 
TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH-Firmenlogo
Sachverständiger für Brand- und Explosionsschutz (m/w/d) TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH
Frankfurt am Main Zum Job 
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur* in der Instandsetzung und Entwicklung DFS Deutsche Flugsicherung GmbH
Langen (Hessen) Zum Job 
Dow-Firmenlogo
Campus Internship - Process Engineering (Chemie-/Verfahrenstechnik) Dow
Dow-Firmenlogo
Campus Fresh Graduate - Electrical Engineer (m/f/d) Dow
Schkopau Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur:in als Expertin oder Experte Kreuzungsprojekte und Qualitätsmanagement (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Hannover Zum Job 
Prognost Systems GmbH-Firmenlogo
Elektroingenieur / Maschinenbauingenieur / Techniker (m/w/d) (Elektroniker, Elektrotechniker o. ä.) Prognost Systems GmbH
Dow-Firmenlogo
Jump-start Your Engineering Career at Dow - Talent Pool Dow
Schkopau Zum Job 
RS Ingenieure GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Bauingenieur als Tragwerksplaner (m/w/d) RS Ingenieure GmbH & Co. KG
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieurin oder Ingenieur (w/m/d) Vertragsmanagement Bauwerksprüfung Die Autobahn GmbH des Bundes
Hannover Zum Job 

Elektrischer Wirkungsgrad von bis zu 60 %

Die Jülicher Rekord-Brennstoffzelle ist ein aus zwei Zellen bestehender Stapel, die mit Wasserstoff als Brenngas betrieben wird. Seit dem Start des Langzeitexperiments am 6. August 2007 lieferte die Zelle 3400 kWh Strom. Das reicht aus, um einen Haushalt ein Jahr lang mit Strom zu versorgen. Solche Hochtemperatur-Brennstoffzellen liefern elektrische Wirkungsgrade von bis zu 60 %, die Abwärme lässt sich zusätzlich nutzen.

„Die Betriebstemperatur von 700 Grad stellt enorme Anforderungen an die verwendeten Materialien“, sagte Harald Bolt, Vorstandsmitglied des Forschungszentrums Jülich. „Mit dem Rekord können wir nun erstmals nachweisen, dass die von uns entwickelten Werkstoffe auch in Kombination anwendungsreif und über solch einen langen Zeitraum funktionstüchtig sind, was anfangs kaum jemand für möglich gehalten hat.“

Brennstoffzellen verarbeiten Wasserstoff oder Gas

Keramische Hochtemperaturzellen können mit Wasserstoff oder Erdgas betrieben werden. Endprodukt ist Wasser, beim Erdgasbetrieb kommt allerdings Kohlendioxid dazu.

So unscheinbar sehen Sieger aus: Der Festoxid-Brennstoffzellen-Stapel am Forschungszentrum Jülich liefert seit mehr als 70.000 Stunden Energie.

So unscheinbar sehen Sieger aus: Der Festoxid-Brennstoffzellen-Stapel am Forschungszentrum Jülich liefert seit mehr als 70.000 Stunden Energie.

Quelle: Forschungszentrum Jülich

Die Zelle nach Jülicher Bauart erfüllt mit dem Weltrekord eine Kernforderung der Autoindustrie. Eine Zelle soll fünf bis zehn Jahre lang halten und in dieser Zeit 40.000 bis 80.000 Stunden lang Strom erzeugen. Sonst lohnt sich der Einsatz der teuren Zellen nicht. Ob die Zelle die gleiche Ausdauer hat, wenn sie den zusätzlichen Belastungen im Fahrbetrieb ausgesetzt ist, muss sich allerdings noch zeigen.

Alterung der Zellen kostet Leistung

Aber der Langzeittest in Jülich belegt nicht nur die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle, sondern auch die Alterung durch den Betrieb. Je 1000 Betriebsstunden alterte der Zellenstapel um 0,6 %, was sich in einer Absenkung der Spannung und einem Leistungsverlust bemerkbar macht. Rechnet man diese Alterung rein linear auf die 70.000 Betriebsstunden hoch, so ist die Leistung der Zelle in den vergangenen acht Jahren um 42 % gesunken.

Doch in diesen Zahlen ist noch viel Musik enthalten. So alterte eine Weiterentwicklung des Rekordzellenstapels aus dem Jahre 2010 währen 34.500 Stunden Dauerbetriebs nur halb so schnell.

Bisheriger Rekordhalter was Siemens Westinghouse

Die FZJ-Forscher lösten Siemens Westinghouse Power Corporation (SWPC) als Weltrekordler ab. Das Unternehmen hatte eine Solid Oxide Fuel Cell (SOFC – Festoxid-Brennstoffzelle) 69.000 Stunden lang Strom produzieren lassen. Die Jülicher Zelle hat allerdings ein anderes Design als die von Siemens Westinghouse. Die Keramik, die dafür sorgt, dass nur Ionen passieren können, sodass es eine Ladungstrennung gibt, ist flach. SWPC setzte auf eine röhrenförmige Keramik.

Seit 20 Jahren arbeiten die Jülicher Forscher an der „Solid Oxide Fuel Cell“, was übersetzt Festoxid-Brennstoffzelle heißt. Der Stapel mit den Weltrekord-Brennstoffzellen besteht überwiegend aus selbstentwickelten Komponenten. Dazu zählen die keramischen Zellen, die Kontaktschichten und eine spezielle Glaskeramik zur Abdichtung. Die österreichische Firma Plansee SE mit Sitz in Reutte hat das Material für die Zwischenplatten geliefert, mit denen die Zellen zum Stapel zusammengesetzt werden.

DLR experimentiert mit Brennstoffzellen in Flugzeugen

Auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR setzt auf die Brennstoffzelle. Das DLR experimentiert mit Brennstoffzellen, die in Elektroflugzeugen den Strom liefern und damit die Reichweite gegenüber Elektroflugzeugen mit Batteriebetrieb erhöhen.

HY4 des DLR: Das Flugzeug hat eine Brennstoffzelle an Bord, die Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser und elektrische Energie umwandelt. Die vier Passagiere sollen in zwei getrennten Kabinen sitzen. Der Erstflug ist für Mitte 2016 vom Flughafen Stuttgart aus geplant.

HY4 des DLR: Das Flugzeug hat eine Brennstoffzelle an Bord, die Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser und elektrische Energie umwandelt. Die vier Passagiere sollen in zwei getrennten Kabinen sitzen. Der Erstflug ist für Mitte 2016 vom Flughafen Stuttgart aus geplant.

Quelle: DLR

 

Ein Beitrag von:

  • Detlef Stoller

    Detlef Stoller ist Diplom-Photoingenieur. Er ist Fachjournalist für Umweltfragen und schreibt für verschiedene Printmagazine, Online-Medien und TV-Formate.

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.