Zur Sonderausstellung Hydrogen + Fuel Cells, die im Rahmen der Hannover Messe 2006 in Halle 13 stattfindet, präsentiert die MTU CFC Solutions GmbH ihr HotModule. Diese Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle für den stationären Einsatz stellt etwa 245 kW elektrische und 170 kW thermische Leistung bereit. Die Wärmeauskopplung erfolgt mit maximal 400 °C, was den effektiven Betrieb von Absorptionskältemaschinen ermöglicht. Die Brennstoffzellen eignen sich daher für Kraft-Wärme-(Kälte-) Kopplungsanlagen in der Industrie, dem Krankenhaus oder auch in der kommunalen Wirtschaft, zum Beispiel zur Nahwärmeversorgung. Seine Zuverlässigkeit hat das HotModule in diversen Projekten mit Laufzeiten von bis zu drei Jahren mit einem Stack und Verfügbarkeiten von etwa 98 Prozent mehrfach unter Beweis gestellt.

Zu den Besonderheiten des HotModules gehört seine Flexibilität bezüglich des verwendbaren Brennstoffs: Neben Erdgas können auch Bio- und Klärgas oder Flüssigbrennstoffe wie Methanol zum Einsatz kommen. Der Vorteil: Sekundärbrennstoffe aus Abfall oder Biomasse erlauben eine klimafreundliche Energieerzeugung. Wer Biogas oder andere regenerative Energieträger verstromt, kann zudem die Wirtschaftlichkeit positiv beeinflussen, denn die CO2-neutrale Energiebereitstellung wird nach dem EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) gefördert.

Im Vergleich zu etablierten Kraft-Wärme-Kopplungstechniken besticht die Brennstoffzelle der MTU CFC Solutions durch ihren hohen elektrischen Wirkungsgrad von etwa 47 Prozent und den besonders leisen Betrieb. Die geringe Geräuschentwicklung macht die elektrochemischen Wandler zum idealen Nutzenergielieferanten in Krankenhäusern und Wohngebieten. Sogar der direkte Einbau in bewohnte Gebäude ist ohne aufwändige Schallschutzmaßnahmen möglich. Aus diesem Grund prophezeit der Anbieter aus Ottobrunn seinen Kleinkraftwerken besonders hohe Chancen, wenn es um die verbrauchernahe Erzeugung von Strom und Wärme geht. Projekte wie die Installation des HotModules in der HafenCity, Hamburgs neuem Stadtteil südlich der Speicherstadt, lassen das Potenzial des innerstädtischen Einsatzes erahnen.

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Bild 1 – Außenansicht Gebäude HotModule HafenCity

Liefert künftig Strom und Wärme für Hamburgs HafenCity: das Brennstoffzellen-Kleinkraftwerk der MTU CFC Solutions. (Bild: MTU CFC Solutions)

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Bild 2 – HotModule bei der Produktion

Das HotModule während der Produktion: Gut zu erkennen ist der charakteristische Stahl-Zylinder, in den der liegende Brennstoffzellenstapel eingeschoben wird. (Bild: MTU CFC Solutions)

Funktion des HotModules

Das HotModule ist eine Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC), die im Wesentlichen aus einem zylindrischen Stahlbehälter mit dem horizontal angeordneten Brennstoffzellen-Stapel, einer Starteinrichtung, dem katalytischem Brenner und der Mischkammer besteht. Dazu kommen die Medienversorgung mit Brennstoff- und Wasseraufbereitung sowie ein Wechselrichter, in dem der erzeugte Gleichstrom für die Einspeisung ins Wechselstromnetz aufbereitet wird. Ein weiterer Teil der Anlage ist für die Wärmeauskopplung zuständig.

Als Brennstoff können Gase wie Erd-, Bio- und Klärgas genutzt werden, also Gase mit einem hohen Methananteil, oder zum Beispiel Flüssigbrennstoffe wie Methanol. Wie bei allen Brennstoffzellen basiert der elektrochemische Prozess auf einer Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff, die Strom und Wärme freisetzt. Methan (beispielsweise Erdgas oder Biogas) und Wasserdampf werden der Anode zugeführt. Hieraus entsteht durch eine katalytische Reaktion Wasserstoff. Dieser reagiert anschließend mit den Karbonat-Ionen des Elektrolyten zu Wasser und Kohlendioxid. Dabei werden Elektronen auf der Anodenseite freigesetzt und fließen über einen Verbraucher (öffentliches Stromnetz) zur Kathode. Auf der Kathodenseite reagieren Kohlendioxid und Luftsauerstoff mit den aus der Anodenreaktion freigesetzten Elektronen zu Karbonat-Ionen. Diese wandern schließlich durch den Elektrolyten zur Anode. Damit schließt sich der elektrochemische Kreislauf.

Die Abluft der Brennstoffzelle beinhaltet lediglich Wasserdampf und Kohlendioxid. Die Schadstoffemissionen sind vernachlässigbar gering, insbesondere SO2 und NOx sind nicht nachweisbar.

Die Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle eignet sich für die dauerhafte Versorgung mit Strom und Wärme. Aufgrund der hohen Nutzwärmetemperatur ist auch ein ganzjährig effizienter Betrieb von Absorptionskältemaschinen möglich (Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung).

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