Christian-Doppler-Labor Brennstoffzellen optimieren

Brennstoffzellen gehören zu den Technologien, denen zukünftig eine wichtige Rolle in der Energieerzeugung zugeschrieben wird. An der TU Wien und am Forschungszentrum Jülich wurde ein Christian-Doppler-Labor eingerichtet, in dem die Vorgänge in Brennstoffzellen erforscht und verbessert werden sollen.

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Wien/Österreich – Wenn ein Lastwagen stillsteht und sich der Motor im Leerlauf befindet, dann wird wertvoller Treibstoff verschwendet. Doch oft werden Motoren einfach deshalb laufengelassen, weil die Stromversorgung im Fahrzeug aufrechterhalten werden soll – etwa, damit im Stau die Klimaanlage weiterläuft. Eine Lösung könnten Brennstoffzellen bieten, die aus dem Dieseltreibstoff direkt Strom gewinnen, ohne dass man dafür den Motor und die Lichtmaschine laufen lassen müsste.

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Am 21. Januar 2015 wurde ein Christian-Doppler-Labor eröffnet, das sich der Erforschung solcher Brennstoffzellen widmet. Koordiniert wird es von Martin Bram vom Institut für Energie und Klimatechnik des Forschungszentrums Jülich. Ein externes Modul des CD-Labors ist an der TU Wien angesiedelt, es wird von Alexander Opitz (Institut für Chemische Technologien und Analytik) geleitet. Als Industriepartner sind die österreichischen Firmen AVL und Plansee am neuen Labor beteiligt.

Strom direkt aus Treibstoff

„AVL List hat bereits sehr erfolgreich ein Brennstoffzellensystem entwickelt, das direkt aus Diesel Strom gewinnt. Der Wirkungsgrad ist dabei deutlich höher als bei der Erzeugung von Strom über die Verbrennung von Diesel im Motor“, erklärt Alexander Opitz. Gerade bei Lastwägen könnte das eine deutliche Ersparnis mit sich bringen, wenn etwa Fernfahrer bei einer längeren Pause im Sommer den Motor nicht mehr laufen lassen müssten, um die Klimaanlage weiter zu betreiben oder elektrische Geräte zu nutzen.

Aus dem Treibstoff wird zunächst mithilfe eines Katalysators so genanntes Synthesegas erzeugt, das hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht. Daraus kann dann in einem weiteren Schritt mithilfe einer Festoxidbrennstoffzelle elektrischer Strom gewonnen werden.

Metall statt Keramik - Erforschung eines neuartigen Brennstoffzellentyps

Das System von AVL verwendet sogenannte vollkeramische Zellen - die derzeit am besten erforschte und am weitesten entwickelte Bauform von Festoxidbrennstoffzellen. Keramische Materialien sind allerdings sehr spröde, wenn die Zelle in einem Fahrzeug ständig Erschütterungen ausgesetzt wird, könnte das zu Problemen führen.

Abhilfe würde hier der Einsatz von metallgestützten Zellen schaffen. „Plansee hat in den letzten Jahren eine derartige Festoxidbrennstoffzelle entwickelt, diese metallgestützten Zellen liefern auch bereits eine ausreichend hohe Leistung um im AVL-System eingesetzt werden zu können“, sagt Alexander Opitz. Allerdings ist auch die Lebensdauer dieses Brennstoffzellen-Typs derzeit noch begrenzt. „Speziell der im Diesel vorhandene Schwefel ist für die Anoden der metallgestützten Zellen ein Problem. Wir wollen nun einerseits die elektrochemischen Prozesse verstehen, die hinter dieser Schwefelvergiftung stecken und andererseits Materialien entwickeln, die eine verbesserte Schwefelresistenz aufweisen“, sagt Opitz.

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