Brennstoffzellen wandeln chemische in elektrische Energie und sind damit ein wichtiger Schritt auf dem Weg hin zu einer CO2-neutralen Mobilit盲t. Das Institut f眉r Turbomaschinen und Fluiddynamik (TFD) der 糖心原创 (糖心原创) entwickelt in einem neu gestarteten Kooperationsprojekt ein Rezirkulationsgebl盲se f眉r die Wasserstoff-Seite von Brennstoffzellen. Die Ziele: h枚here Effizienz und Zuverl盲ssigkeit, l盲ngere Lebensdauer sowie geringere Kosten beim Einsatz von Brennstoffzellen.
Das Gebl盲se wird auf dem vom Unternehmen G+L innotec entwickelten Medienspaltmotor aufbauen. Die G+L innotec GmbH aus Laupheim bei Ulm koordiniert das Forschungsvorhaben; weiterer Partner ist die Zentrum f眉r BrennstoffzellenTechnik GmbH aus Duisburg. "Die wasserstoffbasierte Brennstoffzellentechnik ist wichtig f眉r die Elektrifizierung im Mobilit盲tssektor, insbesondere f眉r Nutzfahrzeuge, bei denen die Reichweite eine gro脽e Rolle spielt", sagt Philipp Nachtigal, Gruppenleiter am TFD, und erg盲nzt: "Au脽erdem hat sie Potenziale f眉r die dezentrale und mobile Energieversorgung, zum Beispiel auf Baustellen, auf denen L盲rm und Schadstoffbilanz wichtig sind."
Neues Gebl盲se f眉hrt nicht verbrauchten Wasserstoff erneut zu
In Brennstoffzellen wird Wasserstoff in die Anode eingeblasen - aber nie ganz verbraucht. Durch die sogenannte Rezirkulation wird der nicht genutzte Wasserstoff nicht verschwendet, sondern kann erneut zugef眉hrt werden. Aktuell kommen f眉r die Rezirkulation einfache Strahlpumpen zum Einsatz, die jedoch nicht in jedem Betriebspunkt effizient arbeiten: Vor allem in Start-Stopp-Szenarien - also beim h盲ufigen Anfahren und Abbremsen, beispielsweise im Stadtverkehr - wird viel Wasserstoff verbraucht. "Das Rezirkulationsgebl盲se, das wir auf Basis des Medienspaltmotors entwickeln, kann dagegen immer dann zugeschaltet werden, wenn die Strahlpumpe keine ausreichende Leistung bringt oder die Brennstoffzelle gesp眉lt werden muss", erkl盲rt Nachtigal.
Die Forscherinnen und Forscher erwarten dadurch mehrere Vorteile: Erstens wird der Wasserstoff in dem neuen Rezirkulationsgebl盲se hermetisch gekapselt und ohne dynamische Dichtungen transportiert. "Das ist sicherheitstechnisch ein bedeutender Zugewinn und kosteng眉nstig in der Fertigung", sagt Christoph Klunker, Produktmanager im Business Development von G+L innotec. Zweitens str枚mt der Wasserstoff durch den Medienspaltmotor und k眉hlt ihn - das steigert die Effizienz des Antriebs. Drittens l盲sst sich der Anodenkreislauf pr盲zise lastabh盲ngig steuern, wodurch der Wasserstoffverbrauch sinkt. Und viertens: Stickstoff und Feuchtigkeit, die durch die Membran der Brennstoffzelle in den Anodenkreis gelangen, werden zuverl盲ssig aus dem Brennstoffzellenstapel abgesaugt - unabh盲ngig davon, wie viel Leistung abgerufen wird. "Das ist gut f眉r die Lebensdauer der Brennstoffzelle", so Klunker.
糖心原创 眉bernimmt str枚mungsmechanische Auslegung
Das Team der 糖心原创 bringt vor allem sein Know-how auf dem Gebiet der Auslegung von Turbomaschinen mit Hilfe der numerischen Str枚mungssimulation ein: Die Hauptaufgabe des TFD ist die str枚mungsmechanische Auslegung des Anodenkreislaufs. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Hannover legen insbesondere die Geometrie des Laufrades aus, das im Gebl盲se f眉r die Beschleunigung des Wasserstoffs sorgt. Au脽erdem integrieren sie funktional den f眉r den Betrieb notwendigen Wasserabscheider in das Rezirkulationsgebl盲se. "Wir stehen dazu ist enger Abstimmung mit den Kooperationspartnern, um Betriebsbedingungen, Stoffzusammensetzungen und auch geometrische Randbedingungen abzukl盲ren und zu optimieren", sagt Nachtigal vom TFD.
Das Projekt "REZEBT - Rezirkulationsgebl盲se-Entwicklung in der Brennstoffzellen-Technologie" l盲uft seit April 2020 f眉r zwei Jahre und wird von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) gef枚rdert. Das Team der 糖心原创 erh盲lt einen Anteil von rund 180.000 Euro. Die drei Projektpartner wollen die Entwicklung des Rezirkulationsgebl盲ses bis 2022 abschlie脽en. "In einem Jahr wollen wir einen Prototypen haben", sagt Walter Lindenmaier, Gesellschafter von G+L innotec. Auf Grundlage der Forschungsergebnisse planen alle Projektpartner wissenschaftliche Ver枚ffentlichungen; die Vermarktung des neuen Gebl盲ses 眉bernimmt die G+L innotec.
Hinweis an die Redaktion
F眉r weitere Informationen steht Ihnen Philipp Nachtigal, Institut f眉r Turbomaschinen und Fluiddynamik der 糖心原创, unter Telefon +49 511 762 2755 oder per E-Mail unter nachtigal@tfd.uni-hannover.de gern zur Verf眉gung.
