6_2022 Leseprobe

BIOGAS JOURNAL | 6_2022
PRAXIS / TITEL
Die Festoxid-Brennstoffzelle SOFC (solid oxide
fuel cell) wird bei hohen Temperaturen von
600 bis 1.000 Grad Celsius betrieben. Davon zu
unterscheiden ist die PEM-FC (Proton Exchange
Membrane Fuel Cell) im Niedertemperaturbereich
von 60 bis 70 Grad Celsius. Letztere wird
auch als Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle
bezeichnet, weil bei ihr eine Polymermembran
als Elektrolyt dient. Die SOFC arbeitet dagegen
mit einem Elektrolyt aus fester Keramik, der für
Sauerstoffionen durchlässig ist, aber für Elektronen
isolierend wirkt. Die Ionenwanderung
sorgt für einen Stromfluss, außerdem wird bei
dem Vorgang Wärme abgegeben. Während die
SOFC die Brenngase H 2
, CH 4
und CO verwerten
kann, muss der PEM-FC reiner Wasserstoff
zugeführt werden. Mit einem elektrischen Wirkungsgrad
zwischen 60 und 70 Prozent erreicht
die SOFC eine höhere Effizienz als die PEM-FC
mit circa 40 Prozent. Bei einem Großteil der
bislang entwickelten Festoxid-Brennstoffzellen
SOFC: ein Energiewende-Joker?
wird Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid als Material
für den Keramik-Elektrolyten verwendet. Der
Zelltyp nennt sich NiO-YSZ wegen Nickeloxid als
Anodenmaterial. „Das Problem bei SOFC war
bislang die Langzeitstabilität, da aufgrund der
hohen Temperaturen die Degradation sehr stark
war“, sagt Felix Fischer von Reverion. Doch inzwischen
habe sich in der Technik viel getan. Er
rechnet mit fünf Jahren Lebensdauer, wobei laufende
Entwicklungen mit metallgestützten Keramik-Zellen
bald zehn Jahre erlauben sollen. In
der Brennstoffzellen-Technologie sieht er großes
Potenzial; auch was Kostensenkungen betrifft,
denn der reine Materialwert mache in der Regel
nur einen Bruchteil der Gesamtkosten aus.
Durch den reversiblen Betrieb werden SOFC
interessant für den Power-to-Gas-Prozess.
Hier ermöglichen sie höhere Strom-zu-Strom-
Wirkungsgrade als mit herkömmlicher Technik.
Revers arbeitende SOFC werden SOEC
(Festoxid-Elektrolyseurzelle, englisch: solid
oxide electrolyzer cell) genannt. Vor allem in
Asien wird die Entwicklung von SOFC und SOEC
vorangetrieben. Die Hersteller und Entwickler
aus dem europäischen Ausland lassen sich
an einer Hand abzählen: Elcogen aus Estland,
Ceres Power aus Großbritannien, Saint Gobain,
Glas- und Keramikkonzern aus Frankreich, IEn,
ein halbstaatliches Institut aus Polen, und Hexis
aus der Schweiz.
In Deutschland gibt es Solidpower aus Heinsberg,
Sunfire aus Dresden und ebenfalls in
Dresden die mPower GmbH, deren Muttergesellschaft
mit der h2e Power Systems ein indisches
Hightech-Unternehmen ist. Allerdings
will Bosch bis 2024 in die Serienproduktion von
SOFC einsteigen und dafür auf die Technologie
des britischen Kooperationspartners Ceres Power
zurückgreifen. In Bamberg, Salzgitter, Wernau
und Homburg sollen Produktionslinien mit
einer Gesamtleistung von 200 Megawatt pro
Jahr aufgebaut werden.
der Elektrolyse CO 2
aus der Abscheidung zugeben,
um ein Gemisch aus H 2
und CO zu erzeugen – ein perfektes
Gas für die Methanisierung. Im vorhandenen
Reaktor entsteht dann wieder ein Gemisch aus Wasserdampf,
CO 2
und diesmal einem hohen Methangehalt,
das dem Kreislauf zugeführt wird.“
Laut Fischer sei es im reversiblen Betrieb möglich,
das Methan auf verschiedene Arten zu verwenden –
entweder zur Einspeisung ins Erdgasnetz oder zur
lokalen Speicherung, um später größere Mengen
Methan zu verstromen oder Fahrzeuge und Landmaschinen
anzutreiben. „Dann hat man die vollständige
Wertschöpfungskette von Biogas auf seinem
Hof. Man nimmt CO 2
aus dem Biogas, was bis jetzt
ja immer Abfall ist, und Überschussstrom aus dem
Netz und wandelt das in Methan um. Wir haben flexibel
die Möglichkeit, entweder Methan oder ‚grünen‘
Wasserstoff zu erzeugen. Wenn sich die H 2
-Wirtschaft
entwickelt und es irgendwann lokale H 2
-Tankstellen
gibt, muss nur ein Ventil umgeschaltet werden, um zu
bestimmen, welches Produkt man haben will.“
Im Elektrolysemodus kann die Anlage die
Biomethan – langfristig flexibel.
Egal, wie die Absatzströme sich ändern – Biomethan
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