Brennstoffzelle 2.0 nutzt unverbrauchte Gase

EPFL-Ingenieure bauen 34-Watt-Dampfturbine ein und steigern den Wirkungsgrad signifikant

Laufrad des innovativen Brennstoffzellen-Gebläses (Foto: epfl.ch)

Lausanne/Neuchâtel (pte026/02.03.2020/13:30) Forschern des zur Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) gehörenden Laboratory for Applied Mechanical Design http://epfl.ch/labs/lamd haben den Wirkungsgrad von Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) deutlich gesteigert. Sie pumpen das unverbrauchte Gas, das der Zelle entweicht, erneut hinein. Der Effektivitätsgewinn ist mit zehn Prozent beachtlich. Zudem entlastet das die Umwelt, denn Erd- und Biogas sind vielfach klimaschädlicher als CO2.

Hoher Wirkungsgrad bei Teillast

Häusliche Brennstoffzellen laufen oft in Teillast, weil der Wärmebedarf niedrig ist, etwa in milden Wintern. In dem Fall erreicht die Zelle einen Wirkungsgrad von 66 Prozent. Das sind drei Prozentpunkte mehr als bei den effektivsten Kraftwerken. Herzstück der Innovation ist ein Gebläse, das äußerst hitzebeständig ist und ohne Ölschmierung auskommt. Diesen Part übernimmt Dampf, der mit der Hitze der Zelle erzeugt wird. Der Dampf hat noch eine zweite Aufgabe. Er treibt eine kleine Turbine an, die wiederum das Gebläse rotieren lässt.

Die Schweizer Forscher verzichteten auf Schmiermittel, um sicherzugehen, dass die Zelle nicht "vergiftet" wird. "SOFCs sind, wie alle Systeme mit Katalysatoren, äußerst empfindlich", sagt Forschungsleiter Patrick Wagner. Für eine Dampfturbine entschieden sich die Ingenieure aus Sicherheitsgründen. Das Gas, das die Zelle verlässt, enthält unter anderem Wasserstoff, der hoch entzündlich ist. Ein Elektromotor könnte eine Explosion auslösen. Die 34-Watt-Dampfturbine sei ideal für kleine Brennstoffzellen, die privat betrieben werden. Mit einem Durchmesser von 15 Millimetern sei sie eine der kleinsten in der Welt.

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