Kohlenstoffbrennstoffzelle

Die zukünftige Entwicklung einer hochindustrialisierten und vernetzten Gesellschaft hängt maßgeblich von der Bereitstellung von Energie ab, die im Verbund zeit- und ortsaufgelöst, möglichst aus regenerativen Quellen, jederzeit für Nutzer verfügbar sein muss.

Mit der Entwicklung einer Brennstoffzelle (DCFC: Direct Carbon Fuel Cell) wird am ITC ein Verfahren entwickelt, welches Kohlenstoff aus unterschiedlichen regenerativen Quellen mit hoher Effizienz direkt in elektrische Energie umwandelt (Abb. 1, linkes Bild, rote Markierung). Diese Anwendung ist vielseitig einsetzbar, beispielsweise für die Bereitstellung der Residuallast oder die Elektrolyse von H2O und einfach skalierbar. Die DCFC weist gegenüber dem klassischen Dampfprozess den Vorteil auf, dass als Abgas nur ein CO2-Strom generiert wird. Der konzentrierte CO2-Strom kann in stationären Applikationen, z.B. in der chemischen Industrie, wieder als Kohlenstoffträger genutzt werden (Carbon-Capture and Utilization CCU). Die DCFC hat wesentliche Vorteile gegenüber konventionellen kohlebasierten Systemen zur Energieumwandlung, die durch den Carnotprozess in ihrer Effizienz begrenzt sind. Der theoretische maximale Wirkungsgrad liegt bei Standardbedingungen für eine DCFC bei 100%, da bei der Reaktion von C mit O2 zu CO2 betragsmäßig die Gibbs Energie größer ist als die Standardbildungsenthalpie. Am ITC wird die DCFC als Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) ausgeführt. Prototypische Anwendungen weisen einen elektrischen Wirkungsgrad zwischen 60 und 70 % auf.
 

Abb. 1: Erzeugung von "grünem Strom" aus biogenem Kohlenstoff mit einer DCFC und Beispiel für die
H₂-Herstellung durch Elektrolyse.

1: Stromerzeugung: fluktuierend und residual;
2: Strom für Elektrolyse;
3: H₂-Verteilung;
4 (a, b, c): Nutzung von H₂