Hauptziel des Forschungsprojektes war der Aufbau, die Inbetriebnahme und die Erprobung eines Funktionsmusters eines NT-PEFC-Brennstoffzellensystems mit dem flüssigen Brennstoff Bio-Ethanol. Hierzu war ein mit einer Li-Ionen-Batterie hybridisiertes Modul zur dezentralen Stromerzeugung in der Leistungsklasse 1 kWe vorgesehen. Potentielle Einsatzfelder existieren in allen frühen Märkten z.B. für die stationäre Stromversorgung oder auch für die Bordstromversorgung von Fahrzeugen. Das Forschungsprojekt war untergliedert in sechs Arbeitspakete, deren im Forschungsantrag formulierten Ziele durchgehend erreicht wurden: Es wurden für das zu entwickelnde Brennstoffzellensystem Marktsegmente hinsichtlich Leistungsklasse und erforderliche Systemreichweite analysiert und identifiziert, die spezifischen Vorteile von Bio-Ethanol gegenüber alternativen Kraftstoffen (Benzin/Diesel, H2, Methanol) herausgearbeitet und entsprechende Systemspezifikationen für das Gesamtsystem-Funktionsmuster in einem Lastenheft fixiert. Grundsätzlich sind solche Anwendungen von hohem Interesse, welche im Leistungsbereich > 1 kWe mit erforderlichen Betriebszeiten (Reichweiten) > 2 h liegen. Es konnte ein kostengünstiges Dampfreformierungskonzept für (vergälltes) Bio-Ethanol unter Vermeidung von unerwünschten Kohlenstoffablagerungen entwickelt werden. Das Konzept wurde in ein funktionsfähiges Funktionsmuster inkl. eines Ethanol-Startbrenners und Gasaufbereitungsstufen (CO-Shift, SelMet) umgesetzt, mit dem die erforderlichen Reformatgasqualitäten (H2 > 75 Vol.%, CO < 20 ppm) erreicht werden konnten. Das Reformer-Funktionsmuster konnte erfolgreich in das Gesamtsystem integriert und alle Spezifikationen im Testbetrieb bestätigt werden. Es wurde für das Gesamtsystem ein elektrotechnisches Verschaltungskonzept mit den relevanten Kommunikationsschnittstellen erarbeitet, aufgebaut, vorqualifiziert und in die Gesamtsystemumgebung integriert. Das Funktionsmuster eines Ethanol-betriebenen PEM-Brennstoffzellensystems wurde konzipiert, kompakt und praxisnah aufgebaut, in Betrieb genommen und umfassend erprobt. Dabei wurden die Ergebnisse der durchgeführten Gefahrenanalyse berücksichtigt. Die Funktionalitäten aller Einzelkomponenten sowie des Systemverbunds mit elektrischen netto- Wirkungsgraden von bis zu 27 % konnten erfolgreich nachgewiesen werden. Eine LabView basierte Systemsteuerung konnte während des Systembetriebs erfolgreich getestet werden. Es wurde eine Gesamtsystemsimulation aufgebaut, mit deren Hilfe die Systemauslegung unterstützt werden konnte. Insbesondere konnte mit der IPSEpro Prozesssimulation nachgewiesen werden, dass mit dem Verschaltungskonzept des Gesamtsystems der angestrebte geschlossene Wasserkreislauf realisierbar ist.


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    Title :

    Entwicklung und Erprobung eines Funktionsmusters eines Ethanol-PEFC-Brennstoffzellen-Systems zur dezentralen Stromerzeugung in der 1 kWe-Klasse. Schlussbericht. Bewilligungszeitraum: 01.10.2010 - 30.09.2012


    Contributors:

    Published in:

    Publication date :

    2012


    Size :

    26 Seiten, 23 Bilder


    Type of media :

    Report


    Type of material :

    Print


    Language :

    German