Das Projekt "Nanostructured carbon-supported bimetal catalysts for the oxygen reduction at the H2-PEMFC and DMFC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Background: Fuel cells are usually classified into working temperature categories. High temperature fuel cells (HTFC), such as the Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) or the Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) are working in a temperature range of 600-950°C that allows a sufficient conductivity of the electrolyte. State of the art HTFCs have already shown high cell efficiency up to 60%. Low temperature fuel cells (LTFC) are mostly equipped with a polymer membrane such as Nafion whose conductivity depends on the presence of water molecules. Therefore, their working temperatures are usually limited to 80-90°C. With exception of MCFC that is specially designed for stationary electricity plans, both, high and low temperature fuel cells are planned to be used in a foreseeable future as energy converter for stationary and automotive applications. In the case of the LTFC, however, more robust systems and especially, more stable polymer membranes than PBI-based ones, which are still sensitive to cold starting processes that are able to work at 100-150°C are needed. Higher working temperatures mean higher efficiency of the catalysts, lower electrolyte resistances and as a consequence higher cell performances. These depend not only on the working temperature, kind of catalyst and membrane, but also on the purity of the fuel and its distribution within the diffusion and reaction layers and also on the evacuation of the reaction products, which can lead to catalyst poisoning and electrode flooding, respectively. The latter depends on the morphology and properties inherent to the diffusion and reaction layers, such as catalyst loading, porosity, hydrophobicity, thickness and additionally on the compression forces within the stack. For these reasons, the design of the membrane-electrodes assembly (MEA) remains a very important step within the fuel cell concept. One distinguishes two strategies: the most common one consists on coating the electrodes with the diffusion and reaction layers (CCE) and finally press them together with the membrane to a MEA. The second one aims to directly coat the membrane with the reaction and diffusion layer inks or pastes (CCM).
Das Projekt "Entwicklung und Betrieb einer Brennstoffzelle im Klärwerk Moosburg" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Betriebsleitung des Klärwerks durchgeführt. Das Vorhaben ist hinsichtlich Umweltschutzes und Verknüpfung mit anderen Prozeßbereichen eines Klärwerks bisher einmalig und hat Modellcharakter für zukünftige Anwendungen in zahlreichen kommunalen und industriellen Klärwerken im In- und Ausland. Arbeitsziel ist mit der Kläranlage Moosburg die MCFC als das entscheidende Bindeglied zwischen dem gesteigerten Gasangebot einerseits, und dem Bedarf an kostenoptimaler Hochtemperaturwärme für den Trocknungsprozeß andererseits zu etablieren. 1. Schritt: Optimierung der Anlagenhydraulik und MSR zur stabilen Gaserzeugung auf hohem Niveau / 2. Schritt: Bau eines Aufstellraumes ca. 350 m3 über der Trocknung (vgl. Bericht) / 3.Schritt: Einbau der MCFC / Rahmen: Begleitung mit intensiver ÖA, Methodik, wiss. Begleitung Die Vorhabensergebnisse sollen für Kläranlagenbetreiber die Effizienzlücke zwischen Gasangabot und Trocknungswärme schließen. Für den Partner MTU sollen die in den verg. Jahren getätigten erheblichen Anstrengungen durch ein seriennahes Kläranlagenprojekt in die Serienreife dieser Technik führen. Diese Entwicklung zur Marktreife 'Made in Germany' ist für den Bund sowohl wirtschaftlich, wissenschaftlich, technisch als auch ökologisch wünschenswert.
Das Projekt "Entwicklung, Bau und Test sowohl an Land als auch auf See eines Demonstrators für ein hochseetaugliches Stromaggregat mit einer Schmelzkarbonat-BZ und synthetischem Dieselbrennstoff XTL" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von OWI Öl-Wärme-Institut Aachen GmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Herstellung und Erprobung eines serienorientierten Demonstrators zur Stromerzeugung, der vornehmlich aus einer Brennstoffzelle (MCFC), die an die Bedingungen für die Hochseeschifffahrt angepasst wird, und einer Reformierungseinheit, die mit synthetischem, schwefelfreiem Dieselbrennstoff betrieben wird, besteht. Die Anpassungen im Bereich der Brennstoffzelle werden von MTU durchgeführt. An der OWI GmbH wird ein Prereformer für den synthetischen, schwefelfreien Dieselbrennstoff in drei Schritten entwickelt. Zunächst erfolgt ein Screening von kommerziell verfügbaren Katalysatoren für das Prereforming. Ziel ist die Auswahl eines Katalysators, der die Anforderungen der Brennstoffzelle hinsichtlich Reformatzusammensetzung erfüllt. Zudem müssen geeignete Betriebsparameter bestimmt werden. Der zweite Schritt beinhaltet den Aufbau eines 50 kW Prereformers der mit einem Shortstack bei MTU getestet werden soll. Im dritten Schritt wird das endgültige Prereformermodul in das Gesamtsystem eingebracht. Das Testprogramm für das Gesamtsystem beginnt mit einer Landtestphase. Hier werden zunächst die Einzelkomponenten von MTU, OWI und Imtech in Betrieb genommen und getestet. Nach erfolgreichem Abschluß der Landtestphase wird die Anlage auf ein Schiff der Reederei Braren verbracht, um unter Seebedingungen optimiert zu werden.
Das Projekt "MCFC balance of plant innovation - Design, construction and demonstration of a DFC module pilot plant for co-generation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MTU Friedrichshafen GmbH durchgeführt. Objective: Design of a highly innovative Balance of Plant for a DFC Hot Module Pilot Plant for Cogeneration - Evaluation of operational results of preceding test articles ('System Verifier') - Identification of necessary improvements - Conceptual design - Call for bids, selection of vendors, detailed design and engineering - Manufacturing of the Components of the BoP for a DFC Hot Module Pilot Plant for Cogeneration - Construction and installation of the Balance of Plant for a DFC Hot Module Pilot Plant for Cogeneration including the installation of a conventional MCFC stack (Cost for stack not eligible). General Information: THE HOT MODULE comprises a highly innovative and integrated ancillary subsystem for the operation of a MCFC in a real industrial and utility environment and will be tested and demonstrated within this project first time worldwide. The Hot Module Design and the relevant engineering has been carried out under the THERMIE project 00003/93/DE/DK. The innovation of the Hot Module Design is to be seen in a radical simplification of the balance of plant (BoP) for the Molten Carbonate Fuel Cell with a minimum number of interfaces between subsystems as well as a minimum number of interfaces at the battery limits. All subsystems operating at similar hot temperatures are integrated into the Hot Module Vessel representing a repeating building block for larger MCFC plants. THE FUEL PROCESSOR for MCFC plants till now has been built in a traditional plant engineering, manner, which is not applicable to serial production. The fuel processor has reached a high technological level and is proven technology in contrast to the Hot Module, which has never been demonstrated with the exception of dummies. Lower specific cost is only possible in very large plants with respect to the power range. Due to the fact that the target of the ARGE MCFC Development program and in particular of this project is to develop a small marketable DFC Cogeneration Unit this kind of design of the fuel processor is not possible. A compact and highly integrated innovative design is necessary. The complete DFC Cogeneration Unit will comprise three further innovative BoP subsystems: - The Modular Inverter and the Grid Connection - The Control System - The Visualization System as a Human Interface for Operational Process Control. Prime Contractor: MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen; München; Germany.
Das Projekt "Errichtung, Betrieb und Optimierung der Wärmenutzung einer MCFC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stadtwerke Bielefeld GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Förderprojektes wurde ein geeignetes Wärmetauschersystem entwickelt, welches die von einer Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC) erzeugte Abwärmezweistufig ausnutzt. Zunächst wird hochwertiger Prozessdampf erzeugt und danach die Restwärme dem Fernwärmenetz zugeführt. Dabei wurde erprobt, welche Einflüsse die Abwärmenutzung auf den Betrieb der Brennstoffzelle hat, bzw. wie eine entsprechende Steuerungs- und Regelungseinheit aufzubauen ist. Ein Untersuchungsschwerpunkt war hierbei der Einfluss des Strömungswiderstandes des Abluftwärmetauschers auf die Frischluftversorgung der Brennstoffzelle. Des weiteren wurde untersucht, wie die verbleibende Restwärme der Abluft zum Teil wieder in den Frischluftkreislauf eingebracht werden kann und so auch zur Effizienzsteigerung des Brennstoffzellensystems beitragen kann. In der Versuchsanlage in Bielefeld wird in einer zweistufigen Wärmeauskopplung die entstehende Wärme optimal genutzt und der Gesamtwirkungsgrad der Brennstoffzellenanlagen wird erhöht. Seit November 1999 ist die Anlage in Betrieb und erzeugt Strom und Wärme in Kraft-Wärme-Kopplung. Im Dauerbetrieb erzeugt sie 150 kW elektrischer Leistung bei einem Wirkungsgrad von 47 Prozent. Die MCFC-Brennstoffzelle arbeitet bei einer Betriebstemperatur von 650 Grad Celsius. Die bei der 'kalten' Verbrennung entstehenden Abgase verlassen die Brennstoffzelle mit einer Temperatur von etwa 300 Grad Celsius. In der ersten Stufe der Abwärmenutzung wird das heiße Abgas in einen Dampferzeuger geleitet, der einen Sattdampf von 3 bar erzeugt. Dabei wird das Abgas auf 155 Grad Celsius abgekühlt. Eine technische Schwierigkeit bestand darin, eine störungsfreie- und rückwirkungsfreie Verbindung des Dampferzeugers mit dem wesentlich leistungsstärkeren Dampfnetz der Universität herzustellen. In einer zweiten Stufe wurde dann die nach der Prozessdampferzeugung noch verbleibende Restwärme der Abluft zur Erwärmung von Brauchwasser genutzt. Insgesamt arbeitet die Brennstoffzelle in dem über zwei Jahre dauernden Feldversuch im Rahmen der noch nicht beendeten Entwicklungsphase sehr erfolgreich und mit einer zufriedenstellenden Zuverlässigkeit. Die Auskopplung der Wärme aus dem Abluftstrom mit hohem Temperaturniveau stellte in keiner Phase des Betriebes Probleme dar. Weitere Entwicklungen und laufende Feldversuche werden der MCFC Hochtemperatur-Brennstoffzelle in der dezentralen Erzeugung bei Nahwärmeversorgungsnetzen zu einer interessanten Erzeugungsalternative verhelfen.
Das Projekt "Errichtung und Betrieb einer MCFC-Brennstoffzelle mit Biogas in der Vergärungsanlage Leonberg" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Biogas-Brennstoffzellen GmbH durchgeführt. Der Landkreis Böblingen hat in Leonberg eine Vergärungsanlage für Bioabfälle in Betrieb genommen, wobei neben herkömmlichen Blockheizkraftwerken erstmals eine moderne Brennstoffzelle für die Energiegewinnung eingesetzt werden soll. Da erstmals Brennstoffzelle mit Biogas im Großbetrieb eingesetzt wird, hat dieses Vorhaben Pilotcharakter. Bei der Hochtemperatur-Brennstoffzelle, dem sogenannten 'Hot - Module', handelt es sich um eine innovative, umweltfreundliche Energietechnik, die den Wirkungsgrad bei der Biogasverwertung deutlich verbessert. Das bei der Vergärung entstehende Biogas wird bei weit höheren Wirkungsgraden genutzt werden als bei gängigen Biomasseheizkraftwerken. So beträgt der elektrische Wirkungsgrad 45-47 Prozent und der thermische Wirkungsgrad aus der Nutzung der Abgaswärme 34 Prozent. Die Wirtschaftlichkeit der Energiewandlung geht einher mit erheblichen Umweltentlastungseffekten. Die besonders geringen Emissionen von Stickoxiden, Schwefelverbindungen, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen sind zukunftsweisend. Die hohen Wirkungsgrade sind auch für die hohe Wirtschaftlichkeit der Anlage ausschlaggebend. Der Landkreis Böblingen rechnet damit, dass die MCFC - Brennstoffzelle noch im Jahr 2005 in der Vergärungsanlage Leonberg installiert und spätestens im Februar 2006 in Betrieb genommen werden kann. Dort wird in der mit zwei Blockheizkraftwerken ausgestatteten Vergärungsanlage seit April 2005 der gesamte im Landkreis Böblingen anfallende Bioabfall verwertet und das dabei entstehende Biogas zur Strom- und Wärmegewinnung genutzt.
Das Projekt "Entwicklung und Betrieb einer Brennstoffzelle in einer Kläranlage in Stuttgart" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Landeshauptstadt Stuttgart, Amt für Umweltschutz, Abteilung Energiewirtschaft durchgeführt. Das Vorhaben soll aufzeigen, wie der regenerative Energieträger Klärgas effizient zur Strom und Wärmeerzeugung im Klärwerk Stuttgart-Möhringen eingesetzt werden kann. Durch die Stromerzeugung in einer Brennstoffzelle in Form einer Schmelzkarbonatbrennstoffzelle mit direkter Nutzung von Klärgas wird hier Neuland betreten. Die Brennstoffzelle erzeugt elektrischen Strom mit einem für diese Leistungsklasse herausragenden Wirkungsgrad. Die dabei entstehende Restwärme wird kontinuierlich der sehr energieintensiven Schlammerwärmung zugeführt. Das Klärgas gehört zu den biogenen Energieträgern und fällt regulär bei der Behandlung von Klärwerkrückständen an. Das Klärgas wird gereinigt und anschließend einer gezielten energetischen Nutzung in der Brennstoffzelle zugeführt. Die vorgesehenen Entwicklungsarbeiten wurden in Arbeitspakete (Planung, Bau der Anlage, Betrieb über 2 Jahre mit messtechnischer Analyse und Ergebnisauswertung) gegliedert. Die Leistungsdaten der geplanten Brennstoffzellenanlage betragen 255 kW elektrische und 200 kW thermische Leistung. Die Klärgaserzeugung beträgt ca. 1400-2200 m3/d. Das Vorhaben besitzt Modellcharakter für zukünftige Anwendungen in zahlreichen kommunalen und industriellen Klärwerken.
Das Projekt "Schmelzkarbonatbrennstoffzellen für den Einsatz auf dem Wasser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik, Lehrstuhl Gas- und Wärmetechnische Anlagen durchgeführt. In dem von der EU geförderten IP-Projekt MCWAP (TIP4-CT-2005-019973) soll der Nachweis erbracht werden, dass Multi-Megawatt-Anlagen auf Basis von Schmelzkarbonatbrennstoffzellen (MCFC) für Schiffe in naher Zukunft am Markt verfügbar sind. Um dieses anspruchsvolle Ziel zu erreichen, werden im Rahmen des Projektes Komponenten entwickelt und ausgelegt sowie umfangreiche Untersuchungen durchgeführt. Die Berechnungen werden durch intensive experimentelle Untersuchungen zur Verbesserung des Anlagenwirkungsgrades und der Lebensdauer der Komponenten untermauert. Das Projekt hat ein Gesamtbudget von ca. 17 Mio. € für eine Laufzeit von 5 Jahren. Im Projekt arbeiten 16 Partner aus 7 Ländern mit. Wesentliche Projektziele: - Verbesserung der derzeitigen Leistung der Schmelzkarbonatbrennstoffzellen und ihrer relevanten Komponenten, um den effizienten, betriebssicheren und gefahrlosen Betrieb zu ermöglichen; - Verbesserung der heute verfügbaren Brennstoffaufbereitungstechnologie (Entschwefelung und Reformer); - Maximierung der Integration der Brennstoffzelle und der Brennstoffaufbereitung durch Anpassung der einzelnen Komponenten an die Bedingungen auf Schiffen; - Entwicklung, Konstruktion, Installation und Inbetriebnahme eines Prototyps von bis zu 500 kW auf einem Schiff, um die Funktionalität und die Betriebssicherheit für zukünftige Systemverbesserungen mit höheren Leistungen zu testen und zu verifizieren; - Konstruktion eines komplett neuen Schiffes mit einer innovativen Erstellung des Schifflayouts, in welchem traditionelle Dieselmotoren (vollständig oder teilweise) durch Multi-Megawatt-Brennstoffzellen ersetzt werden. Die Aufgaben der TU Bergakademie Freiberg sind: - Test der 'Fuel Processor'-Komponenten auf maritime Tauglichkeit; dabei sollen vor allem die Auswirkungen der mit Salzwasser beladenen Seeluft auf die Brennerteile näher untersucht werden; - Entwicklung der Brennerkomponenten; - Entwicklung, Auslegung und Bau eines autothermen Reformers für die Erzeugung eines wasserstoffreichen Synthesegases aus Diesel, Dampf und Luft, das auf die MCFC-Bedingungen konditioniert ist; die besondere Herausforderung liegt hierbei in der Größe der Anlage und den maritimen Bedingungen; - Zusammenbau und Test des kompletten 'Fuel Processor Modules' in Freiberg bestehend aus 'Heat Cell', Reformer, Dampferzeuger, Kompressor etc.; - Aufbau und Test der Steuerung und Regelung des 'Fuel Processor Modules', Integration mit der übergeordneten MCFC Steuerung. Neben der eigenen Komponentenentwicklung stellt die Integration des 'Fuel Processor Modules', dessen Komponenten zum Teil von Partnern geliefert werden, eine Schlüsselrolle der TU Bergakademie Freiberg im Projekt dar. Nach Fertigstellung und Test des 'Fuel Processor Modules' erfolgt die Kopplung mit der MCFC bei ANSALDO.
Das Projekt "Teilvorhaben: MCFC Kerntechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme durchgeführt. Das gemeinsame Entwicklungsprojekt von FuelCell Energy Solutions GmbH Dresden und Ottobrunn sowie dem Fraunhofer IKTS Dresden umfasst die Weiterentwicklung der MCFC Zell- und Modultechnologie auf Basis des durch IKTS übernommenen IP s der ehemaligen MTU Entwicklung in Ottobrunn und des von der Firma FCE Inc. aus den USA in die FCES GmbH eingebrachte IP zu einer neuen integrierten MCFC Technologie der nächsten Generation. Die MCFC-Technologie ist so weiter zu entwickeln, dass eine Steigerung der Leistung um 7 %, der Lebensdauer um 40 % und eine Senkung der Kosten um ca. 30 % gegenüber dem Ist-Stand erreicht wird. Somit wird das Projekt dazu beitragen, die Kosten für durch MCFC-Anlagen erzeugten Strom um mehr als 3 Cent pro kWh zu senken und Netzpreisparität zur erreichen. Im 3-Jahres Zeitraum des geplanten Projektes liegt der Arbeitsschwerpunkt auf der Material- und Technologieentwicklung sowie der Verifizierung auf Modellproben, Zell- und short stack Ebene. Eine Verifizierung auf full-stack Ebene und Validierung im Feld ist einer späteren Projektphase vorbehalten. Die Arbeitspakete des IKTS beziehen sich auf die Felder der Werkstoffentwicklung für die MCFC Zelle (AP111-114), sowie von Werkstoffen und Schlüsselkomponenten des Moduls AP240+250. Weiterhin steht die Simulation des Zellstapels (AP210-230) und die Fertigungstechnologie des Pulverrohstoffs für die Elektrolytmatrix im Mittelpunkt. Im AP270 werden umfangreiche technologiespezifische Testanlagen in Betrieb genommen (Text gekürzt)
Das Projekt "Weiterentwicklung und Anwendung eines MCFC-Stapelmodells" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Magdeburg, Institut für Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik durchgeführt. Hochtemperaturbrennstoffzellen wie die MCFC bieten die Möglichkeit der direkten internen Reformierung (kurz: DIR). Dabei wird der zur Erzeugung von elektrischem Strom benötigte Wasserstoff direkt im Anodenkanal der Brennstoffzelle aus kurzkettigen Kohlenwasserstoffen, meist Methan, gewonnen. Im Vergleich zur Herstellung von Wasserstoff außerhalb der Zelle, der bei Niedrigtemperaturzellen üblichen externen Reformierung (kurz: ER), ergeben sich mehrere Vorteile. Zum einen ist das DIR mit einer geringeren Anzahl von Apparaten zu realisieren, wodurch das System kleiner und tendenziell günstiger wird. Zum anderen sind die endothermen Reformierungsreaktionen und die exothermen elektrochemischen Reaktionen stofflich und energetisch gekoppelt. Dadurch werden nicht nur die Gleichgewichte beider Reaktionen in Richtung hoher Umsätze verschoben, sondern der Wärmebedarf der Reformingreaktion wird unmittelbar durch die sonst konvektiv abzuführende Reaktionswärme der elektrochemischen Reaktion gedeckt. Das im Rahmen des vorherigen Projektes 'Modellierung und experimentelle Validierung einer Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC)' erstellte Modell eines symmetrischen MCFC-Stapelausschnitts besteht aus 4 Zellen sowie einer Reformierungseinheit (IIR). Die für das Modell benötigten Parameter werden unter Verwendung von Messdaten ermittelt bzw. aus detaillierten Modellen bestimmt. Insbesondere die Beschreibung der Reaktionskinetiken wird durch die Verwendung von experimentellen Ergebnissen überarbeitet. Anschließend werden Designparameter sowie die Eingangs-Parameter des Modells in Bezug auf den Wirkungsgrad optimiert.
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