Brennstoffzellen werden leichter
- Pressemitteilung der Firma BINE Informationsdienst, 03.01.2012
Pressemitteilung vom: 03.01.2012 von der Firma BINE Informationsdienst aus Bonn
Kurzfassung: Kostengünstige Metalllegierung ist marktreif Kleine dezentrale Kraftwerke sind auf dem Vormarsch: Als Brennstoffzellen sind sie enorm energieeffizient, liefern Wärme und elektrische Energie bei unschädlichen Emissionen. Einen Beitrag zu ...
[BINE Informationsdienst - 03.01.2012] Kostengünstige Metalllegierung ist marktreif
Brennstoffzellen werden leichter
Kleine dezentrale Kraftwerke sind auf dem Vormarsch: Als Brennstoffzellen sind sie enorm energieeffizient, liefern Wärme und elektrische Energie bei unschädlichen Emissionen. Einen Beitrag zu wettbewerbsfähigen Fertigungskosten leisten jetzt Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich und dem Metallkonzern ThyssenKrupp VDM.
Die Festoxid- oder Hochtemperatur-Brennstoffzelle liefert saubere Energie in Form von Wärme und Strom bei hohen Wirkungsgraden und gilt daher als Energiequelle der Zukunft (abgekürzt: SOFC, Solid Oxide Fuel Cell). Bei dieser Art der Brennstoffzellen-Technologie wird aus Kraftstoffen wie Diesel, Benzin oder Methanol bei Temperaturen bis 900 Grad Celsius das benötigte wasserstoffreiche Gas gewonnen. Die Bedingungen, die in der Brennstoffzelle herrschen, erfordern besondere Werkstoffe: Die neue Metallmischung "Crofer 22 H" ist speziell für Hochtemperatur-Brennstoffzellen entwickelt worden. Sie enthält zwischen 20 und 24 Prozent Chrom sowie weitere Legierungsmittel wie Wolfram, Niob, Titan und Lanthan. Der neue Werkstoff zeichnet sich durch hohe Korrosions-Beständigkeit bei Temperaturen bis 900 Grad, gute elektrische Leitfähigkeit der Oxid-Schicht und eine hohe mechanische Festigkeit bei Anwendungstemperatur aus. Zusätzlich ist er gut zu verarbeiten. Die Eigenschaften des Crofer 22 H optimierte ThyssenKrupp VDM im Rahmen des Forschungsprogramms "ZEUS III" zusammen mit dem Forschungszentrum Jülich unter Förderung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie.
In dem mehrjährigen Projekt, an dem weitere industrielle Partner beteiligt waren, ist Crofer 22 H zur Marktreife geführt worden. Mit Hilfe des neuen Werkstoffs können so genannte Leichtbaustacks, also Blöcke aus mehreren Brennstoffzellen, z. B. für den Einsatz in Fahrzeugen gefertigt werden. "Bei der Entwicklung des Crofer 22 H ging es insbesondere darum, die Herstellung im großtechnischen Prozess darzustellen", betont Dr. Jutta Klöwer, Leiterin Forschung und Entwicklung bei ThyssenKrupp VDM. "Damit steht jetzt eine kostengünstigere Legierung mit verbesserten Eigenschaften gegenüber Stahl für Interkonnektoren-Platten zur Verfügung." Das gelte sowohl für den Bereich der großindustriellen Energieversorgung als auch für kleine, dezentrale Einheiten im Haushalt und ebenso für die Energieversorgung von automotiven Anwendungen.
Günstigerer Aufbau
In der Brennstoffzelle wird der Hochleistungswerkstoff in den so genannten Interkonnektoren verwendet. Diese Stahl-Zwischenplatten verbinden die einzelnen Zellen zu einem leistungsfähigen Brennstoffzellen-"Stapel". Die Liste der Anforderungen an den Werkstoff für dieses Bauteil ist lang: Er muss innerhalb der Brennstoffzelle elektrisch leitend, korrosionsfest, mechanisch stabil und belastbar sein, leicht zu verarbeiten und keine negativen Auswirkungen auf die Zelle haben. Crofer 22 H erfüllt all diese sehr spezifischen Anforderungen. Ein weiterer Vorteil sind die Ausdehnungswerte unter Einfluss von Wärme, die denen der Keramik entsprechen, die für die Zellen verwendet wird. So kommt es zwischen beiden Materialien nicht zu mechanischen Spannungen, die die Keramik beschädigen könnten. "Durch die Herstellung des Materials in industriellem Maßstab kann die Fertigung der Brennstoffzellen günstig gestaltet werden. Am Ende geht es nicht zuletzt um die Reduktion der Systemkosten", erläutert Dr. Robert Steinberger-Wilckens vom Forschungszentrum Jülich. "Da wir beim Crofer 22 H auf die Erschmelzung im Vakuuminduktionsofen verzichten konnten, konnten die Fertigungskosten signifikant reduziert werden", betont Dr. Jutta Klöwer. Neben Crofer 22 H kommen weitere Werkstoffe von ThyssenKrupp VDM in Brennstoffzellen zum Einsatz. So spielen Hochtemperatur-Nickellegierungen in anderen SOFC-Baugruppen wie Wärmetauscher und Reformer eine Rolle.
Als APU und Kraftwerk
Die Brennstoffzelle kann als "Auxiliary Power Unit", also als An-Bord-Stromversorgungsaggregat verwendet werden – mobil in Autos, Lkw, Flugzeugen oder auf Schiffen. Ebenso gibt es stationäre Einsatzmöglichkeiten für die Gebäudeenergieversorgung oder in kleinen und großen Blockheizkraftwerken. Ihr Einsatz eröffnet somit eine effizientere Wärme- und Stromgewinnung für Privathaushalte wie für Fahrzeuge. Angesichts hoher Preise der fossilen Energieträger erweist sich die Entwicklung der Brennstoffzelle als nachhaltig und günstig. Sie befindet sich auf dem Weg für eine flächendeckende Nutzung.
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Brennstoffzellen werden leichter
Kleine dezentrale Kraftwerke sind auf dem Vormarsch: Als Brennstoffzellen sind sie enorm energieeffizient, liefern Wärme und elektrische Energie bei unschädlichen Emissionen. Einen Beitrag zu wettbewerbsfähigen Fertigungskosten leisten jetzt Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich und dem Metallkonzern ThyssenKrupp VDM.
Die Festoxid- oder Hochtemperatur-Brennstoffzelle liefert saubere Energie in Form von Wärme und Strom bei hohen Wirkungsgraden und gilt daher als Energiequelle der Zukunft (abgekürzt: SOFC, Solid Oxide Fuel Cell). Bei dieser Art der Brennstoffzellen-Technologie wird aus Kraftstoffen wie Diesel, Benzin oder Methanol bei Temperaturen bis 900 Grad Celsius das benötigte wasserstoffreiche Gas gewonnen. Die Bedingungen, die in der Brennstoffzelle herrschen, erfordern besondere Werkstoffe: Die neue Metallmischung "Crofer 22 H" ist speziell für Hochtemperatur-Brennstoffzellen entwickelt worden. Sie enthält zwischen 20 und 24 Prozent Chrom sowie weitere Legierungsmittel wie Wolfram, Niob, Titan und Lanthan. Der neue Werkstoff zeichnet sich durch hohe Korrosions-Beständigkeit bei Temperaturen bis 900 Grad, gute elektrische Leitfähigkeit der Oxid-Schicht und eine hohe mechanische Festigkeit bei Anwendungstemperatur aus. Zusätzlich ist er gut zu verarbeiten. Die Eigenschaften des Crofer 22 H optimierte ThyssenKrupp VDM im Rahmen des Forschungsprogramms "ZEUS III" zusammen mit dem Forschungszentrum Jülich unter Förderung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie.
In dem mehrjährigen Projekt, an dem weitere industrielle Partner beteiligt waren, ist Crofer 22 H zur Marktreife geführt worden. Mit Hilfe des neuen Werkstoffs können so genannte Leichtbaustacks, also Blöcke aus mehreren Brennstoffzellen, z. B. für den Einsatz in Fahrzeugen gefertigt werden. "Bei der Entwicklung des Crofer 22 H ging es insbesondere darum, die Herstellung im großtechnischen Prozess darzustellen", betont Dr. Jutta Klöwer, Leiterin Forschung und Entwicklung bei ThyssenKrupp VDM. "Damit steht jetzt eine kostengünstigere Legierung mit verbesserten Eigenschaften gegenüber Stahl für Interkonnektoren-Platten zur Verfügung." Das gelte sowohl für den Bereich der großindustriellen Energieversorgung als auch für kleine, dezentrale Einheiten im Haushalt und ebenso für die Energieversorgung von automotiven Anwendungen.
Günstigerer Aufbau
In der Brennstoffzelle wird der Hochleistungswerkstoff in den so genannten Interkonnektoren verwendet. Diese Stahl-Zwischenplatten verbinden die einzelnen Zellen zu einem leistungsfähigen Brennstoffzellen-"Stapel". Die Liste der Anforderungen an den Werkstoff für dieses Bauteil ist lang: Er muss innerhalb der Brennstoffzelle elektrisch leitend, korrosionsfest, mechanisch stabil und belastbar sein, leicht zu verarbeiten und keine negativen Auswirkungen auf die Zelle haben. Crofer 22 H erfüllt all diese sehr spezifischen Anforderungen. Ein weiterer Vorteil sind die Ausdehnungswerte unter Einfluss von Wärme, die denen der Keramik entsprechen, die für die Zellen verwendet wird. So kommt es zwischen beiden Materialien nicht zu mechanischen Spannungen, die die Keramik beschädigen könnten. "Durch die Herstellung des Materials in industriellem Maßstab kann die Fertigung der Brennstoffzellen günstig gestaltet werden. Am Ende geht es nicht zuletzt um die Reduktion der Systemkosten", erläutert Dr. Robert Steinberger-Wilckens vom Forschungszentrum Jülich. "Da wir beim Crofer 22 H auf die Erschmelzung im Vakuuminduktionsofen verzichten konnten, konnten die Fertigungskosten signifikant reduziert werden", betont Dr. Jutta Klöwer. Neben Crofer 22 H kommen weitere Werkstoffe von ThyssenKrupp VDM in Brennstoffzellen zum Einsatz. So spielen Hochtemperatur-Nickellegierungen in anderen SOFC-Baugruppen wie Wärmetauscher und Reformer eine Rolle.
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Der BINE Informationsdienst fördert den Informations- und Wissenstransfer aus der Energieforschung in die Anwendungspraxis und steht dabei in engem Austausch mit vielen Firmen und Institutionen, die in geförderten Projekten Effizienztechnologien und Erneuerbare Energien zur Anwendungsreife entwickeln. BINE ist ein Informationsdienst der Fachinformationszentrum (FIZ) Karlsruhe GmbH und kooperiert mit zahlreichen Einrichtungen und Organisationen aus Forschung, Ausbildung, Praxis, Fachmedien und Politik. BINE wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit (BMWA).
Aktuelle Informationen aus Forschung und Technik werden durch die BINE-Fachredaktion gründlich recherchiert, prägnant und zielgruppenorientiert aufbereitet und potentiellen Anwendern vermittelt. In drei Inforeihen (Projekt-Info, Themen-Info und basisEnergie) informiert BINE über Ergebnisse und Erfahrungen aus Forschung und Anwendungsprojekten. Die Infos können auch im kostenfreien Abonnement bezogen werden. Die BINE-Publikationen werden im Internet systematisch mit weiteren Informationen und Angeboten (u. a. InfoPlus) vernetzt und durch das BINE-Expertentelefon ergänzt. Hier bietet BINE projektbezogene und praxisrelevante Zusatzinformationen.
Ergänzt werden die BINE Broschüren durch die "BINE Informationspakete". Die Buchreihe bietet aktuelles, in der Praxis verwertbares Anwendungs-know-how und Forschungswissen. Die Buchreihe erscheint im Verlag Solarpraxis und ist im Buchhandel oder über die BINE Homepage bestellbar.
Die Planung und Realisierung eines energieeffizienten Gebäudes, die Wärmerückgewinnung in industriellen Prozesse oder die Integration erneuerbarer Energien in bestehende Energiesysteme sind komplexe und anspruchsvolle Aufgaben - sie erfordern aktuelle und erstklassige Informationen für richtige Entscheidungen. BINE wendet sich als kompetenter Partner an Planer, Berater und Architekten, an Entwickler, Hersteller und Handwerker, an Akteure der Aus- und Weiterbildung und an die Medien.
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