EU-Projekt: BioCellus
Kommerzielle Biomasse ist eine viel versprechende Energiequelle für die Zukunft, da sie gut verteilt und fast CO2-frei ist. Nicht desto trotz scheitern die bisher entwickelten Konzepte zur Stromerzeugung aus Biomasse für dezentrale Anwendungen daran, einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, und sind somit nicht wirtschaftlich. Brennstoffzellen aber könnten Strom mit einem hohen Wirkungsgrad produzieren. Der Einsatz von Brennstoffzellen erfordert allerdings die Vergasung der Biomasse. Festoxid-Brennstoffzellen (solid oxide fuel cells SOFCs) sind am besten geeignet, um den Betrieb mit Holzgas zu gewährleisten: Sie können nicht nur Wasserstoff sondern auch Kohlenmonoxid und höhere Kohlenwasserstoffe umwandeln und erzeugen Wärme auf einem hohen Temperaturniveau.
Die Kopplung von Hochtemperaturbrennstoffzellen mit Biomassevergasung steht daher im Mittelpunkt des europäischen Projektes BioCellus. Planare und tubulare Brennstoffzellen sind mit Holzgas von verschiedener Qualität schon getestet worden, um insbesondere den Einfluss der Teere zu untersuchen. Der Teergehalt wurde deswegen nach und nach gesteigert:
- 0 mg/Nm3 (Gleichstrom-Festbettvergaser mit Vorreformierung der Teere, Technische Universität Graz)
- 300 mg/Nm3 (Gleichstrom-Festbettvergaser, Technische Universität Graz)
- 3000 mg/Nm3 (Biomass Heatpipe Reformer, Technische Universität München)
- >10000 mg/Nm3 (zirkulierende Wirbelschicht, Delft University of Technology)
Ein längerer Versuch von über 150 Stunden wurde mit dem zweistufigen Viking Gleichstromvergaser von Technical University of Denmark durchgeführt. Selbst bei den höchsten Teerkonzentrationen konnte keine Degradation der planaren Brennstoffzellen beobachtet werden.
Eine Gasreinigungsanlage, die sich zum Betrieb von Hochtemperaturbrennstoffzellen mit Biomassevergasung eignet, konnte spezifiziert werden. Ein langer Test von 1000 Stunden wird bald am Paul Scherrer Insitut mit tubularen Brennstoffzellen von Siemens stattfinden. Versuche mit Stacks sind ebenso mit dem Biomass Heatpipe Reformer geplant.
Ein weiteres Ziel des BioCellus Projektes ist die optimale Integration von der Brennstoffzelle mit dem Biomassevergaser. Dafür wurden thermodynamische Simulationen von verschiedenen Brennstoffzelle-Vergaser-Anordnungen durchgeführt. Es stellte sich heraus, dass das TopCycle-Konzept, wo die überschüssige Wärme der Brennstoffzelle dem Vergaser direkt durch Heatpipes zugeführt wird, mehr als 50% elektrischen Wirkungsgrad erreichen kann. Marktnischen für dieses Konzept wurden bereits identifiziert.
Im Rahmen des BioCellus Projektes bestand/besteht die Arbeit des Lehrstuhls im Wesentlichen darin, tubulare Brennstoffzellen und Stacks zu entwickeln und mit Holzgas zu testen, thermodynamische Simulationen durchzuführen und die Arbeit der restlichen Partner zu koordinieren.