Effizienzsteigerung Biogasverstromung mit SOFC-Brennstoffzelle

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Tobias Hüser

Das Clausthaler Umwelttechnik-Institut (CUTEC) hat in Zusammenarbeit mit dem Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT, Duisburg) ein energieeffizientes Verfahren mit SOFC-Brennstoffzellen entwickelt, das die in Biogas enthaltene chemische Energie mit einem Wirkungsgrad von 52 Prozent in Strom umwandeln soll. Dabei kann die Energie dezentral erzeugt werden, ohne gleichzeitig große Mengen an niederkalorischer Abwärme verwerten zu müssen.

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Betrieb des SOFC-Systems durch einen Cutec-Mitarbeiter an der Biogasanlage des Unternehmens Nordzucker am Werk Uelzen.
Betrieb des SOFC-Systems durch einen Cutec-Mitarbeiter an der Biogasanlage des Unternehmens Nordzucker am Werk Uelzen.
(Bild: Cutec)

Clausthal – Gerade Betreiber kleiner Biogasanlagen, die mit hohen Betriebskosten kämpfen müssen, dürfte das SOFC-System (Solid Oxide Fuel Cell) zur Biogasverstromung vom CUTEC interessieren: Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Projekts haben die Forscher ein Verfahren auf Basis einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle entwickelt, das energieeffizient Strom erzeugt.

Zunächst wird das im Biogas enthaltene Methan mit dem ebenfalls bei der Biomasse-Vergärung erzeugten CO2 in einem Reformierprozess in ein wasserstoffreiches Gas umgewandelt. Anschließend formt die Brennstoffzelle dieses Gas bei 850 °C mit einem Wirkungsgrad von 52 Prozent in Strom um. Das System soll dabei eine elektrische Leistung von über 900 Watt liefern. Laut CUTEC besitzen bisherige Verfahren zur Stromerzeugung in Gasmotor-betriebenen Heizkraftwerken im Vergleich nur einen Wirkungsgrad von 25 bis 40 Prozent.

Im Dezember 2011 ist das System bereits an die Biogasanlagen des Unternehmens Nordzucker im Werk Uelzen angeschlossen und dort unter realistischen Bedingungen erprobt worden. Neben der Bestimmung der im Realbetrieb erzielbaren Leistung und des Wirkungsgrades standen Untersuchungen zum dynamischen Systemverhalten im Zentrum des Interesses, da die Zusammensetzung des Biogases prozessbedingt schwankt. Die implementierte Systemregelung stellt sicher, dass die fluktuierende Biogaszusammensetzung beherrscht wird und keine negativen Auswirkungen auf die Systemperformance hat.

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