Brennstoffzellensystemanalyse und verfahrenstechnische Realisierung für den Einsatz von Erdgas und Biogas

Brennstoffzellensystemanalyse und verfahrenstechnische Realisierung für den Einsatz von Erdgas und Biogas Matthias Jahn Dresden, 23.07.2015 Fraunhofer IKTS

Inhalt Fraunhofer IKTS Einleitung und Motivation Grundlagen der Festoxidbrennstoffzelle Thermodynamische Systemanalyse Verfahrenstechnische Systementwicklung Biogas-SOFC-System und Einsatz der SOFC in der Hausenergieversorgung Zusammenfassung und Ausblick Folie Fraunhofer 2 IKTS

Inhalt Fraunhofer IKTS Einleitung und Motivation Grundlagen der Festoxidbrennstoffzelle Thermodynamische Systemanalyse Verfahrenstechnische Systementwicklung Biogas-SOFC-System und Einsatz der SOFC in der Hausenergieversorgung Zusammenfassung und Ausblick Folie Fraunhofer 3 IKTS

Standorte und Außenstellen des Fraunhofer IKTS Das Fraunhofer IKTS im Profil Hauptsitz Außenstellen Dresden, Winterbergstraße Applikationszentrum Batterietechnik Pleißa, Sachsen Institutsteile Hermsdorf, Thüringen Materialdiagnostik, Dresden Fraunhofer Center for Energy Innovation CEI, Connecticut/USA Applikationszentrum Bioenergie Pöhl, Sachsen Applikationszentrum Membrantechnik Schmalkalden, Thüringen Connecticut/USA III III Schmalkalden Hermsdorf Pöhl Pleißa Berlin Dresden Folie Fraunhofer 4 IKTS

Fraunhofer IKTS in Zahlen Das Fraunhofer IKTS im Profil Standorte Hauptsitz Institutsteil Hermsdorf Institutsteil Materialdiagnostik Gesamt Personal (Vollstellenäquivalent) 310 145 125 580 Betriebshaushalt in Mio. 26,3 10,8 13 50,1 Industrieerträge in Mio. 9,2 5,1 4,3 18,6 Stand: April 2015 Institutsleiter: Prof. Dr. Alexander Michaelis Folie Fraunhofer 5 IKTS

Unsere Geschäftsfelder Das Fraunhofer IKTS im Profil WERKSTOFFE UND VERFAHREN UMWELT- UND VERFAHRENSTECHNIK SYSTEM-KOMPETENZ MASCHINENBAU UND FAHRZEUGTECHNIK ELEKTRONIK UND MIKROSYSTEME TECHNOLOGIE- KOMPETENZ MATERIAL- DIAGNOSE Zuverlässigkeit Qualitätssicherung WERKSTOFF- KOMPETENZ BIO- UND MEDIZINTECHNIK OPTIK ENERGIE MATERIAL- UND PROZESSANALYSE Folie Fraunhofer 6 IKTS

Inhalt Einleitung und Motivation Grundlagen der Festoxidbrennstoffzelle Thermodynamische Systemanalyse Verfahrenstechnische Systementwicklung Biogas-SOFC-System und Einsatz der SOFC in der Hausenergieversorgung Zusammenfassung und Ausblick Folie Fraunhofer 7 IKTS

Verbrennung Stromerzeugung im Generator Motivation Brennstoffzelle Wirkungsgrad und Energiewandlung Chemische Energie Stromerzeugung mit Brennstoffzelle Direkte Wandlung Elektrische Energie Wirkungsgrad (allg.): Nutzen Aufwand Elektrischer Wirkungsgrad: bereitgestellte elektrische Energie el zugeführte chemische Energie Thermische Energie Indirekte Wandlung Mechanische Energie Stromerzeugung mit Verbrennungskraftmaschinen Folie Fraunhofer 8 IKTS

Wirkungsgradermittlung Energiebilanz Allgemeine Bilanzgleichung Mengenbilanz M S M M Q Speicherung = Transport + Wandlung Strombilanz dm S Q dt Bilanz für die Gesamtenergie E = E el + E mech + E ch + E th + Mengenbilanz E, S E, Strombilanz de, S dt P el P mech P Verwendete Einheiten Energie: [E] = J = Ws Energiestrom = [de/dt] = J/s = W Energieerhaltung Keine Wandlung ch Q H... Folie Fraunhofer 9 IKTS

Wirkungsgradermittlung Energiestrombilanz Chemische Leistung P chem Zuführung mit dem Brennstoff (Erdgas oder Biogas) Verluste Q Verlust Brennstoffzellensystem P el U Q Nutz Nutzen I Elektrische Leistung Nutzwärmestrom P chem m BS Aufwand H U H Abgas Wärmeverluststrom H Abgasenthalpiestrom Abgas m c T Abgas P, Abgas Abgas T 0 Energie-Strombilanz am Brennstoffzellensystem im stationären Betriebszustand ges Nutzen Aufwand P el Q P chem Nutz Gesamtwirkungsgrad Folie Fraunhofer 10 IKTS

Funktionsprinzip Brennstoffzellen-Typen e - Anodengas Kathodengas Alkaline Fuel Cell AFC H 2 H 2 O Kalilauge OH - O 2 <100 C Proton Exchange Membrane Fuel Cell PEMFC H 2 perfluorierte Polymere H + O 2 H 2 O 60-120 C Phosphoric Acid Fuel Cell PAFC H 2 Phosphorsäure H + O 2 H 2 O 160-220 C Molten Carbonate Fuel Cell MCFC CO 2 H 2 H 2 O Karbonatschmelze CO 2-3 O 2 600-660 C Solid Oxide Fuel Cell SOFC H 2 H 2 O Zirkonoxidkeramik O 2- CO 2 800-1000 C O 2 Brennstoff Sauerstoff (Luft) Anode Elektrolyt Kathode Fraunhofer IKTS

Einleitung und Motivation Brennstoffzelle als Energiewandler Technologie Vorherrschender Reifegrad P el / kw η el Verbrennungsmotor Markt 1 2000 0,1 0,43 Stirlingmotor Entwicklung Markt 1 10 0,1 0,25 Dampfmotor Entwicklung Markt 2 0,16 Gasturbine Markt 30 120 ( ) 0,25 0,3 PEMFC Entwicklung 0,1 150 0,15 0,53 DMFC Entwicklung Markt 0,025 0,25 0,23 MCFC Markt 300 3000 0,3 0,47 SOFC Entwicklung Markt 0,05 500 0,15 0,6 P el = elektrische Leistung Die SOFC-Technologie besitzt das Potential für hohen elektrischem Wirkungsgrad insbesondere in Abgrenzung zu Wettbewerbstechnologien kann in einem großen Leistungsbereich eingesetzt werden Folie Fraunhofer 12 IKTS

Einleitung und Motivation Stand der Technik und der Wissenschaft im Bereich SOFC Stand der Technik 100 W 1 kw 20 kw 100..500 kw Stand des Wissens Thermodynamische Systemanalysen für einzelne Systemkonzepte Materialwissenschaftliche Grundlagen der SOFC sowie Aufbau von Zellstapeln Gasaufbereitung und Reformierung von Kohlenwasserstoffen - Große Anzahl an Arbeiten zu Katalysatoren und Reaktoren - Großtechnische Verfahren zur Reformierung etabliert Folie Fraunhofer 13 IKTS

Festoxidbrennstoffzellen(SOFC-)System Verfahrenstechnischer Entwicklungsprozess Lastenheft Gesamtsystem Thermodynamische Analyse von Systemkonzepten - max. Wirkungsgrad - robuster Systemansatz Verfahrenstechn. Auslegung der Reaktoren - max. Umsatzgrad - Gemischbildung und Volumen Stationäre Prozessauslegung Betriebsführungskonzept - Regelungsentwurf - Auslegung der BoP- Komponenten Reaktionstechnische Analyse der Reaktoren - Multi-Physics-Simulationen - Reaktortest auf dem Prüfstand Systemkonstruktion und Systemaufbau Experimentelle Validierung des Systemkonzeptes - realer Wirkungsgrad - Betriebsverhalten des Systems Validierung der Reaktoren - Abgleich mit Teststandsergebnissen - Betriebsverhalten Lebensdaueranalysen von Reaktoren und System - Degradationseffekte - Standzeitermittlung Folie Fraunhofer 14 IKTS

Grundlagen der Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) Teilprozesse und Größendefinitionen Energiewandlung: E ch E el Typische Betriebsbedingungen: = 750 900 C p = 1 bar Verwendete Materialien: Kathode: La X Sr Y MnO 3 Elektrolyt: dotiertes Zirkonoxid (ScSZ) Anode: Ni/CGO Elektrischer Wirkungsgrad: el P'' P' el ch m H 2 H U, H 2 U I m CO H U, CO el f ( X br,, ) ec Brenngasumsatz: Luftzahl: X ec br I I n n max Luft Luft, stö n n el el,max F F Folie 16 Fraunhofer IKTS Jahn et al: Chem. Ing. Tech. 2014, 86, No. 4, 486 496

SOFC Stack MK 351 Komponenten und Aufbau Top plate Bipolar plate Protection- and contact layer Cell Air Nickel meshes Sealing Active area: 127 cm² Active/passive area= 65% Bottom plate with current plug Mica Fuel Quelle: Megel. S. et al: ECS Transactions, 35 (1) 269-277 (2011) Folie Fraunhofer 17 IKTS

Mittlere Zellspannung U in V Grundlagen der Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) Strom-Spannungs-Kennlinie 1,4 1,2 1 0,8 U_ideal U_real Stack: MK 351 - A aktiv = 127 cm² - Elektrolytgetragene Zellen - Elektrolyt: 10 Sc1CeSZ l Elektrolyt = 165 µm - CFY-Interkonnektor 0,6 P el = U I 0,4 0,2 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Brenngaszusammensetzung: x H2 = 39,6 % x N2 = 60,4 % Temperatur: '' Ka = 842 C X br ~ I Folie Fraunhofer 18 IKTS

Grundlagen der Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) Systemaufbau El. Leistung Interne Wärmenutzung Wärme Biogas/Erdgas Luft, Wasser Reforming Reformat Luft Elektrochem. Umsatz Reformat Abluft Nachverbrennung Abgas Notwendige Verfahrensschritte: Reforming, Elektrochemischer Umsatz, Nachverbrennung Unabhängig von geometrischer Anordnung Verfahrensschritte müssen nicht zwangsweise auf versch. Bauteile aufgeteilt sein Medienrückführungen grundsätzlich möglich Folie 19 Fraunhofer IKTS Jahn et al: Chem. Ing. Tech. 2014, 86, No. 4, 486 496

Thermodynamische Systemanalyse Vorgehensweise Thermodynamisches Gleichgewicht bei der Reformierung Kohlenstoffbildungsgrenze Reformatzusammensetzung (Anteil an CO, H 2, CO 2 und H 2 O) Bilanz der thermischen Energie Q ref P ch n i ref, i '' ' c p, i 0 dt rh i n j h n r 0 br br ref, j r h 0 j Idealer elektrischer Wirkungsgrad des Systems el, id Pel, id P ch Folie Fraunhofer 21 IKTS

Thermodynamische Systemanalyse Betrachtete Brennstoffe Erdgas (Grenzgase nach DVGW-Richtlinie) Name Gruppe Methan x CH4 /% in % Propan x C3H8 /% % Wasserstoff x H2 / % Stickstoff x N2 /% Fermentativ erzeugtes Biogas Komponente Wertebereich Mittelwert Methan x CH4 37 75 % 60 % Kohlenstoffdioxid x CO2 25 50 % 35 % Stickstoff x N2 0,01...17 % 1 % Sauerstoff x O2 0,01 2,6 % 0,3 % Schwefelwasserstoff x H2S 0,002 2 % 0,035 % Ammoniak x NH3 0,01 3,5 ppm 1 ppm Wasserdampf 100 % relative 100 % relative bei = 20 C und x H2O 3,1 % 3,1 % Heizwert H i in MJ/m 3 G 20 H 100 34,0 G 21 H 87 13 41,1 G 222 H 77 23 28,6 G 231 H 85 15 28,9 G 25 L 86 14 29,3 G 26 L 80 7 13 33,4 G 271 L 74 26 25,2 Modellannahme: G 20 (100% CH 4 ) Modellannahme: x CH4 = x CO2 = 50% Folie Fraunhofer 22 IKTS

Thermodynamische Systemanalyse Chemische Reaktionen bei der Reformierung r h 0 = 206,3 kj/mol r h 0 = -802,2 kj/mol r h 0 = 247,4 kj/mol r h 0 = -41,2 kj/mol r h 0 = 172,5 kj/mol r h 0 = +74,9 kj/mol Definition der Betriebsgrößen: Luftzahl ref n n Luft Luft, stö Wasserdampf-zu- Kohlenstoff- Verhältnis Chemische Leistung Folie Fraunhofer 23 IKTS

Thermodynamische Systemanalyse Kohlenstoffbildungsgrenze C bei der Reformierung r h 0 = 172,5 kj/mol r h 0 = +74,9 kj/mol Biogas (x CO2 = 50 %) Kohlenstoffbildungsgrenze: Randbedingungen: p = 1,013 bar Folie 24 Fraunhofer IKTS Jahn et al: Energy Technol. 2013, 1, 48 58

Thermodynamische Systemanalyse Energiebilanz bei der Reformierung Q ref P ' ch H ' th m CH4 HU, CH4 H ' th Reformierung = 25 C = 800 C P '' ch H'' th mh 2 HU, H 2 mco HU, CO H '' th Biogas (x CO2 = 50 %) Normierte chem. Leistung im Reformat C-Bildung Randbedingungen: p = 1,013 bar, = 800 C Folie 25 Fraunhofer IKTS Jahn et al: Energy Technol. 2013, 1, 48 58

P Thermodynamische Systemanalyse Energiebilanz bei der Reformierung ' ch H' th mch4 HU, CH4 H ' th Q ref Reformierung '' ch H'' th mh 2 HU, H 2 mco HU, CO = 25 C = 800 C Biogas (x CO2 = 50 %) P H '' th Normierter Wärmestrom: C-Bildung Randbedingungen: p = 1,013 bar, = 800 C Folie 26 Fraunhofer IKTS Jahn et al: Energy Technol. 2013, 1, 48 58

Thermodynamische Systemanalyse Systemwirkungsgrad Idealer elektrischer Wirkungsgrad el, id Pel, id el, id el, id Uid h X br r P I 0 br ch n br I X F n X F n 1 U id br e, br 2F 1 g 0 r H 1 x ref 0 ln 0 rgh2 Ox RT 2 rhbr x H2 br br x 2 Ox RT ln x H2 H2O x O2 ref H2O x O2 Brennstoff Summenformel Erdgas CH 4 8 Biogas CH 4 /CO 2 4 Wasserstoff H 2 2 Kohlenmonoxid CO 2 Verfahrenstechnische Betriebsparameter Luftzahl der Reformierung ref Wasserdampf-zu-Kohlenstoff-Verhältnis S/C Brenngasumsatz X br (= I/I max ) Temperatur T (über den Kathodenluftvolumenstrom) Folie Fraunhofer 27 IKTS

Thermodynamische Systemanalyse Maximaler elektrischer Wirkungsgrad beim Betrieb mit Erdgas (G20) el,id 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,27 0,30 0,32 0,34 Betriebsbedingungen: Reformer: Brennstoff: Methan GGW = 800 C p = 1013 mbar ref = 0,27... 0,34 Stack: GGW = 850 C p = 1013 mbar Stack = 3 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 X br Idealer thermodynamisch möglicher elektrischer Systemwirkungsgrad bei X br = 0,8 el,id = 0,43 0,46 Folie Fraunhofer 28 IKTS

Thermodynamische Systemanalyse Maximaler elektrischer Wirkungsgrad beim Betrieb mit Biogas p = 1013 mbar Idealer thermodynamisch möglicher elektrischer Systemwirkungsgrad bei X br = 0,8 el,id = 0,5 0,64 Folie 29 Fraunhofer IKTS Jahn et al: Chem. Ing. Tech. 2014, 86, No. 4, 486 496

Strom und Wärme aus Biomasse Verfahrenskonzept zur Kopplung von Fermentation und Brennstoffzelle Gaserzeugung Veredelung Nutzung Chemikalien Mais oder Stroh Aufschluss Biogas Reforming Syngas Synthese Wärme und / oder Fermentation Biogasaufbereitung Brennstoffzelle SOFC Strom Fermentative Herstellung von Biogas Vorteile beim Einsatz der SOFC zur Bereitstellung von Strom und Wärme - hoher elektrischer Wirkungsgrad - Eine Abtrennung von CO 2 ist nicht erforderlich - Die Synthesegaserzeugung ist über die partielle Oxidation mit hohem Wirkungsgrad möglich - Synthesegas aus CO und H 2 kann direkt eingesetzt werden (keine CO-Abtrennung) Folie Fraunhofer 31 IKTS

Strom und Wärme aus Biomasse Fermentative Biogaserzeugung Teilschritte bei der anaeroben Biogaserzeugung nach: Maehnert,P.: Kinetik der Biogasproduktion aus nachwachsenden Rohstoffen und Gülle, Dissertation, HU Berlin, 2007 Folie Fraunhofer 32 IKTS

Strom und Wärme aus Biomasse Fermentative Biogaserzeugung DECONDIS-Verfahren zur Biogaserzeugung aus silierten Einsatzstoffen wie z.b. Maissilage Folie Fraunhofer 33 IKTS

Strom und Wärme aus Biomasse Wirkungsgrad beim Einsatz eines BHKW Folie Fraunhofer 34 IKTS

Biogas-SOFC-System Verfahrensfließbild Folie 35 Fraunhofer IKTS Jahn et al: Energy Technol. 2013, 1, 48 58

Biogas-SOFC-System Forschungsarbeiten zur Reformer-Nachbrennereinheit El. Leistung Interne Wärmenutzung Wärme Biogas Luft Reforming Reformat Luft Elektrochem. Umsatz Reformat Abluft Nachverbrennung Abgas Reaktor: großes A/V Kat.-Träger: SSiC Kat.: Edelmetall, kommerziell Folie Fraunhofer 36 IKTS

Biogas-SOFC-System Forschungsarbeiten zur Reformer-Nachbrennereinheit Komponententest im Ofen Folie 37 Fraunhofer IKTS Jahn et al: Chem. Ing. Tech. 2014, 86, No. 4, 486 496

Biogas-SOFC-System Forschungsarbeiten zur Reformer-Nachbrennereinheit Jahn et al: Energy Technol. 2013, 1, 48 58 Folie Fraunhofer 38 IKTS

Biogas-SOFC-Systems Systemintegration der Reaktoren Folie 39 Fraunhofer IKTS Jahn et al: Chem. Ing. Tech. 2014, 86, No. 4, 486 496

Biogas-SOFC-System Experimentell ermittelter elektrischer Wirkungsgrad Folie 40 Fraunhofer IKTS Heddrich, M.: Dissertation, TU Clausthal, 2012

Strom und Wärme aus Biomasse Wirkungsgrad beim Einsatz eines SOFC-Systems Folie Fraunhofer 41 IKTS

Biogas-SOFC-System Rezirkulation des Anodenabgases Anodenabgasrezirkulation (AAR) Definition des Rezirkulationsverhältnisses: Zielsetzung: n R n Betrieb des Systems bei höheren Methangehalten im Biogas von x CH4 > 50% Erhöhung des elektrischen Systemwirkungsgrades RZ '' An Folie Fraunhofer 42 IKTS

Biogas-SOFC-System Experimentelle Untersuchungen mit realem Biogas Biogaszusammensetzung x CH4 0,64 ; x CO2 0,36; x H2S < 1 ppm Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades mit Anodenabgas-Rezirkulation liegt beim Betrieb mit realem Biogas bei ca. 7 % Folie 43 Fraunhofer IKTS M. P. Heddrich, E. Reichelt, T. Albrecht, C. Greß, M. Jahn, R. Näke: 11th European SOFC & SOE Forum, Proceedings, Luzern, 2014

Einsatz der SOFC in der Hausenergieversorgung Mini-BHKW zur Bereitstellung von Strom und Wärme Ziel: Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades für die Wärme- und Strombereitstellung = el + th Folie Fraunhofer 45 IKTS

Einsatz der SOFC in der Hausenergieversorgung Mini-BHKW zur Bereitstellung von Strom und Wärme Zeitlicher Verlauf des Bedarfs an elektrischer Energie im 4- Personen- Haushalt (nach VDI 4655) Durchschnittliche elektrische Leistung P el = 1 kw Folie Fraunhofer 46 IKTS Quelle: Schulz, D., Jahn, M. und Pfeifer, T: Grid connection of Photovoltaics and Fuel Cells in Power Electronics in Smart Electrical Energy Networks, Springer Verlag 2008

Einsatz der SOFC in der Hausenergieversorgung Projektpartner und Lieferanten Development, production and distribution CHP system SOFC stack development and production System simulation, component development and testing Material and cell production R&D cooperation Supply relationship Successful German network of industry and science Folie 47 Fraunhofer IKTS Jahn, M.: System Tests and Operation Control Strategies of an SOFC-CHP-Device for Field Testing, SOFC XII, Montreal, 2011, Vortrag

Einsatz der SOFC in der Hausenergieversorgung Reformierung von Erdgas durch partielle Oxidation Brenngas: Methan P ch = 2 kw ref = 0,32 0,4 GHSV = 19200 22800 h -1 d = 30 mm Katalysator: edelmetallhaltige Beschichtung 400 cpsi Cordierit-Wabe Folie Fraunhofer 48 IKTS

Einsatz der SOFC in der Hausenergieversorgung Reformierung von Erdgas durch partielle Oxidation Brenngas: Methan P ch = 2 kw ref = 0,32 0,4 GHSV = 19200 22800 h -1 d = 30 mm Katalysator: edelmetallhaltige Beschichtung 400 cpsi Cordierit-Wabe Folie Fraunhofer 49 IKTS

Einsatz der SOFC in der Hausenergieversorgung Automatisierter Betrieb des Systems Automatischer Neustart des Systems bei einer kurzzeitigen Unterbrechung des öffentlichen Stromnetzes Folie 50 Fraunhofer IKTS Rico Belitz, Marc Philipp Heddrich, Matthias Jahn, Ralf Näke, Jochen Paulus, Markus Pohl: ECS Transactions, 35 (1) 279-284 (2011)

Einsatz der SOFC in der Hausenergieversorgung Gerätespezifikation Nennbetriebsdaten Elektrische Leistung (netto) Thermische Leistung Gesamtleistung 1,0 kw 1,8 kw 3,3 kw Elektrischer Wirkungsgrad (netto) 30 % Thermischer Wirkungsgrad 55 % Gesamtwirkungsgrad 85 % Leistungsmodulation 1 : 2 Startzeit Start/Stopp-Fähigkeit ca. 2 h ja Fünfte Systemgeneration Folie 51 Fraunhofer IKTS www.vailant.de

Einsatz der SOFC in der Hausenergieversorgung Grundlagen zur SOFC-Degradation Definition der Degradationsrate für die elektrische Leistung DP / t P (t 0) el P el, (t 0) Pel(t) t P (t 0) el Erhöhung des flächenspezifischen elektrischen Widerstandes im Stack A = R A mit [ A ] = cm 2 Ursachen: - Sinterungseffekte, Phasenumwandlungen oder zersetzungen - Vergiftung der Elektroden durch Fremdatome wir Cr und S - Abplatzen von Oxid- und Kontaktschichten Folie Fraunhofer 52 IKTS

el U/V Einsatz der SOFC in der Hausenergieversorgung Grundlagen zur SOFC-Degradation SOFC- Stack A,Stack Brenngas : Reformat aus der partiellen Oxidation von CH 4 A,Stack U/V el P el = U I 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 X br ~ I Qualitativer Verlauf der Strom-Spannungskennlinie unter Einfluss einer Widerstandserhöhung im Stack Folie Fraunhofer 53 IKTS

Einsatz der SOFC in der Hausenergieversorgung Experimentelle Untersuchungen zur SOFC-Systemdegradation - Erste Systemgeneration des SOFC-Systems (gemeinsame Entwicklung IKTS und Vaillant) - Leistungs-Degradationsrate < 0,8%/1.000 h Folie Fraunhofer 54 IKTS

Zusammenfassung Biogas-SOFC-System Erfolgreiche System- und Reaktorentwicklung hohe interne Wärmenutzung erreicht Betrieb mit partieller Oxidation bei = 0,05 möglich Erzielte Betriebsergebnisse elektrischer Wirkungsgrad el = 0,47 0,55 Gesamtwirkungsgrad (elektrisch und thermisch) ges = 0,88 0,94 Betrieb mit realem Biogas an der Kläranlage Dresden-Kaditz Anodenabgasrezirkulation mit realem Biogas realisiert Potential der Wirkungsgraderhöhung gezeigt Einsatz der SOFC in der Hausenergieversorgung Robuster automatisierter Systembetrieb mit partieller Oxidation von Erdgas Bereitstellung von Strom und Wärme mit einem Gesamtwirkungsgrad von = 0,85 Langzeitbetrieb mit einer Degradationsrate für die elektrische Leistung von < 0,8%/1.000 h erreicht Fünf Systemgenerationen aufgebaut (in Kooperation mit der Firma Vaillant) System läuft mit im Feldtest im Rahmen des Callux-Projektes Folie Fraunhofer 56 IKTS

Ausblick Produktentwicklung Erprobung der Brennstoffzellenheizgeräte (Mini-BHKW) im Feldtest Auswertung der Feldtestergebnisse Reduzierung der Herstellkosten Erhöhung der Lebendauer und Absenkung der Degradationsrate Weitergehende Forschungsaktivitäten: Untersuchung zu den Degradatationsmechanismen beim Betrieb des SOFC-Systems (Deaktivierung von Reformer und SOFC unter Einfluss der Betriebsführung) Erhöhung der Leistungsdichte und der Dynamik von stationären Systemen durch eine Druckerhöhung im Stack und Kopplung von SOFC und Gasturbine Folie Fraunhofer 57 IKTS

Vielen Dank! Zusammenarbeit, Diskussion und Unterstützung Allen beteiligten Mitarbeiter des IKTS aus den Bereichen Werkstoffe, Energiesysteme sowie Umwelt-und Verfahrenstechnik Projektpartner und Fördermittelgeber Folie Fraunhofer 58 IKTS

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Folie Fraunhofer 59 IKTS