SOFC FÜR MARITIME UND DEZENTRALE ENERGIEWANDLUNG
Technologie
Bei der Festoxid-Brennstoffzelle (solid oxide fuel cell – SOFC) handelt es sich um eine keramische Brennstoffzelle, die bei hohen Temperaturen betrieben wird. Das an der Kathode aus Wasser gebildete Sauerstoff-Ion wird durch den keramischen Elektrolyten zur Anode geleitet und reagiert dort mit dem Brenngas. Bei hohen Betriebstemperaturen um 800 °C werden sowohl Wasserstoff als auch Kohlenmonoxid umgesetzt, wodurch die Brenngaserzeugung vereinfacht und gleichzeitig mit bis zu 60% der höchste Wirkungsgrad im Vergleich zu anderen Brennstoffzellentypen erreicht wir
d. Nach ca. 20-jähriger Entwicklungszeit konnten auch in planaren Stacks hohe Lebensdauern von bis zu 100 kh erzielt werden. Problematisch ist allerdings nach wie vor die geringe thermische Zyklenstabilität. Durch den Einsatz von keramischen Membranen kann die Leistungsfähigkeit und die Zyklenstabilität entscheidend verbessert werden [S. Frangini et al, European SOFC & SOE Forum 2016].
Anwendung
Die hohe Betriebstemperatur begünstigt nicht nur den Wirkungsgrad der elektrokeramischen Zellen, sondern erlaubt auch eine gute Ausnutzung des Abwärmesystems, sowohl für Brenngaserzeugung als auch für die Wärmenutzung. SOFC sind daher optim
al für die simultane Nutzung von Kraft und Wärme. Durch die hohe Stromkennzahl sind sie nach wie vor auch für den zukünftig reduzierten Primärenergiebedarf von Gebäuden wettbewerbsfähig. Daneben eignen sich SOFC für die Versorgung von unabhängigen Geräten in Verkehrsanwendungen und als Zweitversorgungssysteme in maritimen Anwendungen. Neuere Entwicklungsarbeiten zeigen, dass SOFC-basierte Hauptantriebe längerfristig auch für mobile Anwendungen möglich sind.
Potenzial
Die Energiewende erfordert zur Ergänzung des Energie-Cocktails nach wie vor den Einsatz von Primärenergieträgern. Durch ihre hohen System-Wirkungsgrade können SOFC einen Beitrag zur effizienten, dezentral organisierten Versorgungssicherheit leisten und durch die Kraft-Wärme-Kopplung einen Zusatznutzen liefern. Darüber hinaus eignen sich SOFC zur netzfernen autarken Energieversorgung kritischer Infrastrukturen zu Lande und zu Wasser mit unterschiedlichen Energieträgern wie Methanol, Ammoniak und Wasserstoff. SOFC-Systeme können des Weiteren in mobilen Applikationen ihre Anwendungen finden und neben Wasserstoff insbesondere auch Biomasse oder synthetische Kraftstoffe nutzen. Hier stehen metallgeträgerte SOFC-Zellen im Fokus.
