Stationäre Brennstoffzelle
Technologie-Check
Definition und Wirk-/Funktionsprinzip
Eine stationäre Brennstoffzelle ist ein fest installierter Energieerzeuger, der sowohl Strom als auch Wärme erzeugt. Dazu wird in der Regel Wasserstoff oder Erdgas als Brennstoff eingesetzt. Innerhalb der Brennstoffzelle wird das Erdgas dann zu Wasserstoff reformiert, damit die elektrochemische Reaktion H2 +O2 zu Wasser stattfinden kann. Eine Brennstoffzelle besteht aus einer bipolaren Platte (BPP), die eine Anoden- und eine Kathodenseite umfasst, sowie der Membran-Elektroden-Einheit (Membrane Electrode Assembly, MEA). Der Elektrolyt ermöglicht den Ionenfluss, während er den Elektronenfluss blockiert.
Die verschiedenen Brennstoffzellentechnologien unterscheiden sich durch den verwendeten Elektrolyten, der die Betriebstemperatur bestimmt. Es gibt verschiedene Typen von stationären Brennstoffzellen, bspw. PEMFC (Proton Exchange Membrane) mit einem Temperaturbereich von 60-80°C, SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) mit einem Temperaturbereich von 600-900°C und die MCFC (Molten Carbonate FC) mit einem Temperaturbereich von 600-700°C. Die stationären Brennstoffzellen werden in der Regel zur Energieversorgung von Wohngebäuden, Gewerbe, Industrie oder auch Quartieren eingesetzt. Sie sind sehr effizient mit einem Wirkungsgrad über 95% (Kraft-Wärme-Kopplung).
SWOT-Analyse
Stärken
- Brennstoffzellen können mit geringen oder keinen CO2-Emissionen betrieben werden und stoßen dabei als „Abfallprodukt“ nur Wasser aus
- Außerdem gibt es keine Luftschadstoffe, die am Betriebsort gesundheitliche Probleme verursachen könnten, und aufgrund der wenigen beweglichen Teile ist die Brennstoffzelle im Betrieb vergleichsweise leise
- Sehr hoher Wirkungsgrad bis zu 96,5%
- Dezentrale Wärme- und Stromerzeugung
- Kann flexibel eingesetzt werden und unterstützt dadurch ein Lastmanagement
- Hohe Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb
Schwächen
- Weiterhin hohe Investitions-, Wartungs- und Betriebskosten, die eine breitere Anwendung verhindern
- Geringere Lebensdauer gegenüber Motoren- und Gasturbinen-BHKW
- Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen, die bereits in geringen Mengen zur Degradation führen können
- Abhängigkeit von Brennstoffkosten besteht weiterhin
- Aktuell geringe Produktionszahlen führen zu höheren Preisen
Chancen
- Die Nutzung der Abwärme der Brennstoffzellen anhand Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen kann die Gesamtenergieeffizienz der Technologie verbessern und den Ressourcenverbrauch senken
- Erhebliches Kostenreduktionspotenzial der Brennstoffzellensysteme entlang der gesamten Wasserstoff-Wertschöpfungskette
- Starke politische Unterstützung auf EU- und nationaler Ebene mit dem Ziel technologischer Souveränität im Wasserstoffmarkt
- Sektorkopplung aus Wärme, Strom und Wasserstoff steigert den Systemnutzen
- Durch schnelles Anspringverhalten sind die stationären Brennstoffzellen als Notstrom-Vorsorgesysteme gut geeignet
Risiken
- Wasserstoff-Infrastruktur bisher nur unzureichend ausgebaut
- Kostenentwicklung Wasserstoff mit großer Unsicherheit behaftet
- Unklarheit über Anwendungsbereiche der Technologie
- Teure Edelmetalle oder seltene Erden für die meisten Brennstoffzellentechnologie; hohe Abhängigkeiten von Lieferanten, wichtigen Rohstoffen und kritischen Komponenten
- Integration in Bestandsgebäude ist kompliziert und erschwert den Einsatz
Erfolgsbeispiel
- In Baden-Württemberg umgesetzt: Am Omnibusbahnhof in Bamberg/Stuttgart gibt es eine stationäre Brennstoffzelle, von der auch die Nachbarschaft profitiert.
Zum Erfolgsbeispiel - Das Unternehmen "Proton Motor Fuel Cell GmbH" stellt für verschiedene Anwendungen Brennstoffzellen und gibt auf der Homepage verschiedene Beispiele.
Zum Erfolgsbeispiel
