Wäre das Bauen von Brennstoffzellen eine olympische Disziplin, hätten die Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich (FZJ) eine Goldmedaille in der Tasche. Denn sie haben ein Kleinkraftwerk aus Brennstoffzellen mit einer Leistung von 13,3 Kilowatt entwickelt – und damit einen Weltrekord aufgestellt.
Das Energiebündel mit den Maßen eines großen Fernsehgeräts kann ein Mehrfamilienhaus zu Spitzenbedarfszeiten mit Strom versorgen. Es enthält einen Stapel aus 60 einzelnen Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) – Hochtemperatur-Festoxid-Brennstoffzellen, die gewöhnlich bei 900 bis 1000 Grad Celsius betrieben werden müssen. Diese Hitze setzt dem Material in den Zellen mächtig zu: Platten aus Stahl, die als elektrische Kontakte und Anschlüsse für die Zufuhr der Brenngase dienen, korrodieren rasch, was die Brennstoffzellen rasch altern und unbrauchbar werden lässt.
Den Jülicher Forschern gelang es, die Lebensdauer der Zellen deutlich zu verlängern, indem sie die nötige Betriebstemperatur auf im Mittel 760 Grad Celsius senkten. „Eine Reduzierung der Betriebstemperatur um 100 Grad verringert die Korrosionsrate auf ein Zehntel”, erklärt Dr. Robert Steinberger-Wilckens, Leiter des Projekts Brennstoffzelle am FZJ. Grundlage für den Betrieb der Anlage bei relativ niedrigen Temperaturen und dennoch hoher Energieausbeute ist eine extrem flache Bauweise der Brennstoffzellen. Ein neuartiger, sehr robuster Stahl, den die Jülicher Forscher entwickelt haben, verlängert zusätzlich dessen Lebensdauer: Er bildet auf seiner Oberfläche eine chrom- und manganhaltige Oxidschicht, die ihn vor Korrosion schützt.
Als Brenngas für die Zellen dient entweder Wasserstoff oder Erdgas. Die Rekordleistung von 13,3 Kilowatt erreicht die Anlage beim Betrieb mit Wasserstoff, mit Erdgas kommt sie auf immerhin noch auf 11,9 Kilowatt. Nicht erforderlich ist ein Reformer, der aus dem Erdgas zunächst Wasserstoff gewinnt, da sich das Erdgas bei den hohen Temperaturen in der Zelle in Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff aufspaltet. Dass sich die Anlage mit Erdgas betreiben lässt, macht sie geeignet zur Energiegewinnung in Wohnhäusern und Industriebetrieben. Dort soll sie umweltfreundlich Energie erzeugen: Im Erdgas-Betrieb bildet sich wegen des hohen elektrischen Wirkungsgrads weniger Kohlendioxid als bei Gasmotoren und konventionellen Kraftwerken.
„Für einen rentablen Einsatz in Gebäuden muss sich die Anlage rund 40 000 bis 100 000 Stunden lang ohne merkliche Alterung betreiben lassen”, sagt Robert Steinberger-Wilckens. Erste Tests mit dem nun gebauten Prototypen stimmen ihn zuversichtlich.
