Aircraft SOFC. alp²s fuel cell systems. Projekt. P. Claassen, H. Wancura, N. Huber, R. Claassen ALPPS Fuel Cell Systems GmbH.

Transkript

1 alp²s fuel cell systems Projekt Aircraft SOFC P. Claassen, H. Wancura, N. Huber, R. Claassen ALPPS Fuel Cell Systems GmbH 19. März

2 Kurzvorstellung alp²s Gegründet: 2002 als GmbH Sitz: Graz Corporate Mission: Advanced Low Pollution Power Systems Innovation in umweltfreundlicher Energie im Leistungsbereich bis ca. 100 kw Die neuen Freiheitsgrade der Brennstoffzellentechnologie nutzen (Ergänzung statt Ersatz) Mitarbeiterstand: 25, davon 15 Ingenieure oder Wissenschaftler 3 mittätige Gesellschafter 19. März

3 Zwei Bereiche, vier Produktfamilien Bereich Brennstoffzellensysteme alp²s premium power unit (Bio-)Diesel-BrennstoffzellenStromaggregat alp²s kryotest 1 Prüfvorrichtung für H2-Speicherung alp²s ReDeNOx Innovatives Abgasentstickungssystem Bereich Thermische Systeme Kraftwerkskomponenten Fertigung im Kundenauftrag alp²s Dampfprozess Energetische Nutzung von Abwärme in kleinen Leistungsklassen(bis 100 KWe) 19. März

4 alp²s ReDeNOx Dieseltank NOx-Reduktion für Motoren, Heiz- und Kraftwerke, Turbinen, etc. Reformierung NOx-Reduktion Auspuff NOx Conversion Rate 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Typical Diesel Exhaust Gas Temperature after Diesel Particulate Filter DeNOx Efficiency Storage Catalyst Ammonia SCR ReDeNOx Exhaust Gas Temperature [ C] 19. März Partikelfilter Motorabgas Selektive Katalytische Reduktion der NOx mittels Reformer Produktgas Die alp²s Technologie zur Reduktion von NOx nutzt den Kraftstoff, der den Hauptmotor antreibt. Reduktionswerte von 90 % wurden in Labortests erreicht und zeigen Potentiale bis unter 10 ppm.

5 alp²s Kryotest 1 Prüfsystem zur Wasserstoffspeicherung 19. März 2007 Anwendung: Entwicklung neuer H2-Speichermethoden für den Einsatz in Fahrzeugen 5

6 alp²s Premium Power Unit (AP²U) Diesel, Kerosin, biogene flüssige Kraftstoffe, Biogas Leistungsbereich 1,5 bis >100 kwe 24VDC, 28VDC, 270VDC, 230 VAC, 400VAC Turn Key System (vom Kraftstoff zu Strom und Wärme) 19. März

7 alp²s Mikrotubuläre Brennstoffzelle (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) 0.3 c ur rent 40% oc v furnace temperature 700 loading 0.25 c ur rent 20% oc v -17,5% / 1000 cycles 0.2 c ur rent 10% oc v Current (A) current (A) Temperature ,8% / 1000 cycles time (minutes) C ycle n u m b e r Zyklustests zeigen hervorragende Eigenschaften für mobilen Einsatz unter variabler Last. 19. März

8 Mikrotubuläre SOFC Zell- und Mikroreaktor-Testanlage, REM und CT an der FH Wels FH Wels, März

9 Stack Simulation CFD der Aufheizphase zeigt Stack betriebsfähig nach 5 min Erwärmung Kathode / Luft Erwärmung Anode Bearbeitung: Uni Tor Vergata, Rom 19. März

10 Aircraft SOFC : Projektziel Bau eines Hochtemperatur-Brennstoffzellen- Stacks für Luftfahrtanwendung Erarbeiten von Spezifikationen und Entwicklungszielen aufgrund erster Erprobung Test an Kundenprüfstand Machbarkeits- und Fehleranalyse Planung der nächsten Entwicklungsschritte 19. März

11 Warum BZ als APU? More Electric Aircraft erfordert mehr elektrische Leistung Derzeitige APU wird zu schwer und ist nicht für Dauerbetrieb gedacht Beitrag zur Kraftstoff- und CO2-Senkung durch besseren Wirkungsgrad Studie hat Kraftstoffeinsparungspotential in % Größe ergeben Modularität Nutzung von Abwärme und Wasser aus dem Abgas der BZ Einsparung von Startgewicht 19. März

12 Warum Hochtemperatur-BZ? SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) Kann alle Kraftstoffe (Wasserstoffträger) verarbeiten Bessere Energienutzung als bei (derzeitigem) Wasserstoff Abwärme als Prozeßwärme nutzbar (bis 700 C) Innenreformation von Kraftstoffen möglich Hoher elektrischer Wirkungsgrad (bis 70% im Labor) Verarbeitet nicht nur Wasserstoff, sondern auch CO 19. März

13 Systemaufbau Flußschema Air Compressor Airfilter Fuel Projektumfang Aircraft SOFC Reformer Wet Air Vaporizer Fuel Pump Fuelfilter Stack Cathode Offgas Anode Offgas Condenser Tail Gas Burner 19. März

14 Besondere Bedingungen Betrieb mit handelsüblichem Kerosin Relativ hoher Schwefelgehalt (erst in weiterer Stufe bearbeitet) Betrieb von 0 bis m Seehöhe Luftdruck in Höhe nur 1/5 vom Bodendruck Hohe Lebensdauer ( h) Kurze Startzeit 19. März

15 Umsetzung (FTE Strategie) F&E Kooperation: Universität d. Saarlandes Airbus / EADS Forschung im Netzwerk mit erfahrenen Partnern, die aktives Interesse an unserer Aufgabenstellung zeigen. Südchemie FH Wels arsenal research alp²s 15 R&D Staff. Università di Tor Vergata, Rom 19. März

16 Stack Modul Generation1 Erster alp2s-sofc-stackmodul vorgeführt bei Zukunft Wasserstoff in Linz, October 2003 Start-Zeit < 1min 19. März 2007 Kooperation mit 16

17 Stack Modul Gen3 - MidiReaktor Kleinster Modul im System Elektrisch parallel und seriell verschaltet Bis zu 150We je Modul 19. März

18 SOFC Systeme Haupt-Komponenten Stack / Zelle Reformer ATR (1. Generation) CPO (Serienlösung) BoP (bis 900 C) Wärmetauscher Ventile, Pumpen, Verdichter Brenner Leistungselektronik Für hohe Ströme Regelung 19. März

19 Funktionsmuster System Design Beispiel eines 3kW e netto Funktionsmusters mit ATR-Reformer Vollständiges System zum Betrieb des Stacks Kraftstoffvarianten: Diesel Biodiesel Kerosin Cold-Zone Hot-Zone Stack-Zone 19. März

20 Weitere Planung 2008/9 Serienanlauf für Bodenanwendungen 2009/10 flugfähiger Prototyp 2012/15 Einsatz im Flugzeug 19. März

21 Eine der Voraussetzungen: zukünftige Systemgrößen 6 kwe APU HD Truck? 15 kwe APU MAS 3kWe 3 kwe NiCd Batt. MAS 19. März

22 Wir danken herzlich: -dem BMVIT und den Juroren von Take Off für das Vertrauen, das eine radikale Innovation wie diese erst möglich macht. -der FFG für eine professionelle und verständnisvolle Betreuung -Airbus und EADS für den Vertrauensvorschuss, vom Konzept weg eine Kooperation einzugehen, die sich als sehr fruchtbar erwiesen hat. -Hrn. Prof. Meissner und seinem Team der FH Wels für wertvolle fachliche Unterstützung und großes Engagement. -unseren Mitarbeitern für außergewöhnlichen Einsatz und den unerschütterlichen Glauben an die große Aufgabe ALPPS Fuel Cell Systems GmbH Exerzierplatzstrasse 4 A-8051 Graz/AUSTRIA office@alpps.at Kontakt: Dirk Peter Claassen, Herbert Wancura 19. März