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Bosch SOFC

Wie funktioniert unsere SOFC Brennstoffzelle?

Unsere Formel für eine nachhaltige Stromerzeugung

Als Brenngas für eine Brennstoffzelle kommen Erdgas, Biomethan und Wasserstoff in Frage. Erdgas und Biomethan werden im Reformer der Brennstoffzelle zunächst in Wasserstoff umgewandelt. Anschließend reagiert der Wasserstoff mit Sauerstoff aus der Luft. Durch die elektro-chemische Reaktion entstehen zu mehr als 60 Prozent Strom und zu 25 Prozent Wärme. Unabhängig vom Brennstoff stößt die SOFC weniger CO2, Stickoxide und Feinstaub aus als herkömmliche Kraftwerke.

Vorne Energieträger rein, hinten Strom und Wärme raus. Klingt eigentlich einfach. Hinter dem elektro-chemischen Prozess in einer Brennstoffzelle verbirgt sich jedoch mehr. Die Brennstoffzelle erzeugt nachhaltig Energie. Und unsere Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) kann heute schon mit den Energieträgern Erdgas oder Biomethan betrieben werden, die im Reformer der Brennstoffzelle in Wasserstoff umgewandelt werden. Wichtig zu wissen: Beim Betrieb mit Erdgas oder Biomethan wird der CO2-Ausstoß um ca. zwei Drittel reduziert gegenüber Strom aus Kohle. Ein Beispiel: 100 Festoxid-Brennstoffzellensysteme mit jeweils einer Leistung von 10 Kilowatt schaffen in Summe ein Megawatt Leistung. Im Vergleich zu einem Kohlekraftwerk mit einem Megawatt Leistung sparen die SOFCs mehr als 4.000 Tonnen CO2 jährlich ein. Und noch wichtiger: Künftig kann unsere SOFC auch mit reinem Wasserstoff betrieben werden. Der Vorteil: Mit reinem Wasserstoff als Brennstoff werden keine CO2-Emissionen ausgestoßen. Denn außer Strom und Wärme entsteht lediglich: Wasser!

Mehr als 85 % Gesamtwirkungsgrad

Der Output der SOFC überzeugt: Allein der Wirkungsgrad der Stromerzeugung liegt zum Beginning of Life bei mehr als 60 Prozent. Wird bei der SOFC zusätzlich die entstehende Wärme genutzt, erreicht die SOFC sogar einen Gesamtwirkungsgrad von mehr als 85 Prozent.

Was passiert in der Brennstoffzelle?

Um zu erklären, wie aus Erdgas, Biomethan oder Wasserstoff Strom und Wärme entstehen, lohnt sich ein Blick ins Innerste der Brennstoffzelle. Dort finden zwischen Kathode und Anode (Elektroden) Reaktionsprozesse statt, die chemische in elektrische Energie umwandeln.

Die Moleküle des Brenngases Wasserstoff sowie des Sauerstoffs werden in der Festoxid-Brennstoffzelle in ihre Elemente aufgespalten und reagieren anschließend miteinander. So entsteht zum einen Gleichstrom, der in einem Inverter in Wechselstrom umgewandelt wird. Zum anderen entstehen Wärme und Wasser. Die Wärme lässt sich über einen optionalen Wärmetauscher als Heizenergie an das Heizungssystem übergeben und erwärmt beispielsweise das Brauchwasser.

Die elektro-chemische Reaktion findet bei Temperaturen zwischen 500 und 700 Grad Celsius statt. Das Besondere daran: Bei dieser Form der Energieerzeugung entstehen kaum Stickoxide und Feinstaub. Beim Einsatz von reinem Wasserstoff als Brennstoff nicht einmal CO2. Damit hat die Brennstoffzelle anderen Kraftwerken in Sachen Nachhaltigkeit einiges voraus.

In der SOFC Brennstoffzelle finden unter hohen Temperaturen Reaktionsprozesse statt, die chemische in elektrische Energie umwandeln. Die Animation zeigt die Funktion einer Brennstoffzelle und die Vorgänge und Reaktionen zur Erzeugung von Strom und Wärme sowie Wasser als Nebenprodukt.

Wie ist die Bosch Brennstoffzelle aufgebaut?

Die kleinste Einheit eines Festoxid-Brennstoffzellensystems (SOFC) ist die Zelle selbst. Mehrere hundert Zellen werden zu einem sogenannten Brennstoffzellen-Stack gestapelt. Unser Partner für die Entwicklung der Brennstoffzellen- und Stacktechnologie ist Ceres. Das Besondere an der Ceres SteelCell®: Die Brennstoffzellen sind metallgestützt und keramikbeschichtet.

Der SOFC-Stack ist das Herz des Systems: Dort entsteht aus chemischer die elektrische Energie. Die Hotbox beinhaltet mehrere Stacks. Mit einem Luft- und Gasversorgungssystem, einer elektronischen Steuereinheit und einem Abluftsystem kommt die Hotbox in einer SOFC-Unit zusammen. Je nach Anforderung und Energiebedarf können mehrere Units zu kleinen Kraftwerken für die dezentrale Stromerzeugung verbunden werden. So lassen sich die SOFC-Units zu einem dezentralen Energieversorgungssystem im Megawatt-Bereich skalieren.

Erfahren Sie mehr über die Anwendungsfelder der Bosch Brennstoffzelle.

In der Bosch Brennstoffzelle sind mehrere hundert Zellen in Brennstoffzellen-Stacks gestapelt. Die Stacks sind in der Hotbox verbaut und bilden zusammen mit einem Luft- und Gasversorgungssystem, der elektronischen Steuereinheit und einem Abluftsystem eine SOFC-Unit. Mehrere Units ergeben ein kleines Kraftwerk für die dezentrale Stromerzeugung.

Das Bosch SOFC-System befindet sich in der Pilotierungsphase. Alle hier genannten fachlichen Angaben sind technologische Entwicklungsziele und beziehen sich auf den Beginning of Life.

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