mtu-Brennstoffzelle auf dem Weg zur Serie

• HotModule-Feldversuchsanlage im zweiten Jahr erfolgreich am Netz
• Gute Haltbarkeit durch relativ geringe Betriebstemperatur
• Erste Installation im medizinischen Bereich
• Acht neue Installationen im Jahr 2001
• Serienfertigung im Jahr 2004

Friedrichshafen - Das HotModule, eine von der MTU Friedrichshafen entwickelte Brennstoffzelle, hat das erste Jahr der Praxiserprobung erfolgreich absolviert. 723 MWh elektrische und 550 MWh thermische Energie hat eine Feldversuchs-Anlage mit einer Nennleistung von 250 Kilowatt bei den Stadtwerken Bielefeld innerhalb eines Jahres erzeugt. Während der 6000 Stunden, die das HotModule im Jahr 2000 am Netz war, wurde ein elektrischer Gesamtanlagen-Wirkungsgrad von 47 Prozent gemessen, der Zellblock allein erreichte 56 Prozent.

47 Prozent Anlagen-Wirkungsgrad sind bei 250 kW-Installationen derzeit noch ein Rekordwert. Erreicht wird er zum einen durch das spezielle Anlagendesign und zum anderen durch die guten Leistungswerte der Zellen.

Das HotModule arbeitet bei einer Betriebstemperatur von 600 Grad Celsius. Die hohe Temperatur erlaubt es, auf teure Katalysatoren aus Edelmetall zu verzichten. Nickel reicht aus, um die Brennstoffzellen-Reaktion in Gang zu bringen.
Zum anderen stellt sich bei 600 Grad noch ein anderer willkommener Effekt ein: Wenn Erdgas und Wasser innerhalb der Brennstoffzelle zusammengebracht werden, spaltet sich bei diesen Temperaturen an einem Katalysator Wasserstoff ab, also der Kraftstoff, der notwendig ist, um Brennstoffzellen zu betreiben. Auf teure Reformieranlagen kann beim HotModule deshalb verzichtet werden. Auch die Zellkomponenten des Bielefelder HotModules stellen sich als sehr effizient heraus, sie zeigen eine gleichmäßige Zellspannung, ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Sie stammen vom amerikanischem Kooperationspartner der mtu, der börsennotierten Fuel Cell Energy Inc. (FCE).

Gute Haltbarkeit durch relativ geringe Betriebstemperatur

Für mtu ist der Nachweis der Betriebstauglichkeit ihres HotModules ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Serienfertigung. Bis zu einer maximal erreichten elektrischen Leistung von 225 kW (Gleichstrom), die beim HotModule in Bielefeld gemessen wurde, haben sich die Modellrechnungen bestätigt. Auch die Haltbarkeit der verwendeten Materialien hat sich im wesentlichen als unproblematisch herausgestellt. Einer der Gründe dafür ist die Betriebstemperatur der Anlage, die in der Praxis niedriger gehalten werden konnte als ursprünglich veranschlagt.

Laut Planung sollte das HotModule bei einer Temperatur von 650 Grad Celsius laufen, im Feldtest reichten aber schon knapp 600 Grad aus, um die Reaktionsprozesse am Laufen zu halten. Die Materialien werden daher thermisch deutlich weniger belastet als angenommen. Optimierungspotentiale gab es nur in der Frischluftverteilung im HotModule und in der Verteilung des Brenngases innerhalb des Zellstapels. In beiden Fällen geht es um strömungsmechanische Details, die bei den folgenden Anlagen verbessert werden sollen.

Erste Installation im medizinischen Bereich

Eine dieser Anlagen wurde im Mai im Rhön Klinikum im fränkischen Bad Neustadt auf das hauseigene Stromnetz geschaltet. Michael Bode, Leiter 'Neue Technologien' bei mtu und verantwortlich für die Entwicklung des HotModules, ist zuversichtlich, bei dieser zweiten Feldversuchs-Anlage bereits einen deutlichen Fortschritt in Sachen Frischluft- und Brenngasverteilung zu erreichen: "Bei unserem Bielefelder HotModule haben wir die Schwachstellen erkannt und systematisch beseitigt.

Strömungsprobleme wie in Bielefeld dürfte es bei den folgenden Anlagen deshalb nicht mehr geben." So hat die Brennstoffzellen-Anlage für das Rhön Klinikum eine neue Versorgungseinheit für Gas und Wasser und einen verbesserten Zellstapel erhalten, beides wurde vor Auslieferung geprüft. Bode sieht die Probleme damit gelöst: "Aufgrund der Test-Ergebnisse gehen wir davon aus, daß wir mit den neuen HotModules Gesamtanlagen-Wirkungsgrade von 50 Prozent und mehr erreichen."

Acht neue Installationen im Jahr 2001

Im Jahr 2001 plant mtu, insgesamt acht Anlagen in Betrieb zu nehmen, vier davon in Japan, zwei in den USA und zwei in Deutschland. Technisch beruhen sie alle auf dem verbesserten Konzept, das von Anlage zu Anlage noch weiter verfeinert werden soll. Ein wichtiges Ziel dieser Anpassungen ist es, die Herstellungskosten weiter zu senken. In diesem Zusammenhang werden alle einzelnen Komponenten unter die Lupe genommen und daraufhin geprüft, wie sie kostengünstiger gestaltet werden können. Potentiale zur Kostenreduktion liegen beispielsweise in der Wahl der Materialien. So bestand der Mantel des Bielefelder HotModules noch aus teurem V2A-Stahl. "Das ist gar nicht notwendig," meint Bode, "denn schließlich arbeitet die Anlage bei atmosphärischem Druck.

Und dafür reicht ein ganzer normaler Stahl aus. Unseren Kunden ist ein niedriger Preis wichtiger als edle Materialien, deshalb werden die kommenden Installationen aus Graustahl gefertigt." Auch in der Fertigung prüft man bei mtu die Einsparpotentiale. Derzeit gleicht die Halle, in der die HotModules gebaut werden, noch eher einem Forschungslabor als einer Montage-Halle. Die Konditionierung und das Testen der Brennstoffzellen dauert heute ebenfalls noch zu lange. Aber das soll sich bald ändern. In den kommenden Jahren will mtu eine erste Fertigungsstraße einrichten.

Serienfertigung im Jahr 2004

Bis 2004 sollen alle Materialien und Fertigungsprozesse soweit optimiert sein, daß das Unternehmen mit der Serienfertigung beginnen kann. Ab 2005 plant mtu, die Anlage zu Preisen anzubieten, die in ersten, attraktiven Anwendungen einen wirtschaftlichen Betrieb erlauben. "Was die Preise angeht, rechnen wir letztlich mit Life-Cycle-Costs," sagt Bode. "Was zählt, sind die Gesamtkosten, die man für eine bestimmte Menge Strom und eine bestimmte Menge Wärme aufbringen muß. Deshalb lohnt sich bei unserer Technologie mit ihren deutlich höheren Wirkungsgraden auch ein etwas höherer Anschaffungspreis."

Den Weg des HotModules in den Markt sieht Bode klar vor sich. Technische Verfeinerungen und Kostenreduzierungen, sagt er, seien alle in einem festen Zeitplan erfaßt, der Stück für Stück abgearbeitet werde. Und: "Wir sind in unserem Zeitplan heute sogar ein wenig besser als gedacht. Wir sind lieferfähig, wir haben sehr gute Wirkungsgrade und wir können bereits heute Preise realisieren, die im Bezug auf den Stand der verschiedenen Brennstoffzellen-Technologien sehr gut sind."