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Minimierung des Druckverlusts durch Optimierung der CO-Entfernungsstufe für eine stationäre PEM-Brennstoffzellenanwendung

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Worringer, G.; Wolf, M.; Reimert, Rainer

2010

Projektbericht - Abschlussbericht

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Beschreibung

Zur Erzeugung eines wasserstoffreichen Brenngases für ein Brennstoffzellensystem zur dezentralen Hausenergieversorgung bietet sich Erdgas durch die gute Verfügbarkeit über ein dichtes Ortsverteilungsnetz an. Für ein PEM-Brennstoffzellenheizgerät muss Erdgas in einer längeren Prozesskette, die mehrere hintereinander geschaltete Reaktoren, Wärmeübertrager, einen Mischer, einige Krümmer und Rohrbögen umfasst, umgewandelt werden. Da der Netzdruck des Gases nur 20 mbar [1] über dem Umgebungsdruck liegt, muss mit dem Druck sehr haushälterisch umgegangen werden. Der geringe Überdruck des Ortsgasnetzes stellt daher eine besondere Herausforderung für ein PEM-Brennstoffzellenheizgerät dar. Eine Komprimierung des Gases vor oder innerhalb eines Brennstoffzellensystems ist insbesondere auch aufgrund des geringen Wirkungsgrades der Kompressoren im betrachteten Leistungsbereich energetisch ungünstig.

Ein wesentlicher verfahrenstechnischer Schritt in der Brenngasaufbreitung ist stets die CO-Entfernung, die üblicherweise in eine Grob- und in eine Feinreinigung unterteilt werden kann und im ungünstigsten Fall drei Reaktoren und drei Wärmeübertrager umfasst. Das Forschungsvorhaben zielt auf die Minimierung des Druckverlusts eines stationären, mit Erdgas versorgten Brennstoffzellen-Heizsystems. Durch die Reduzierung des Druckverlusts kann auf eine Kompression des Prozessgases verzichtet, dadurch der parasitäre Energieverbrauch verringert und somit der Gesamtwirkungsgrad gesteigert werden. Damit und durch die vereinfachte Technik wird die Wirtschaftlichkeit von Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen zur dezentralen Storm- und Wärmeerzeugung im kleinen Leistungsbereich erhöht und somit deren Marktfähigkeit verbessert. Das Ziel kann durch den Einsatz von metallischen Wabenreaktoren, sowie durch die Reduzierung der Anzahl der benötigten CO-Entfernungsstufen für das bei der Reformierung von Erdgas entstehende Reformatgas erreicht werden. Auf diese beiden Aspekte konzentrierten sich die Forschungsarbeiten.