Eine viel versprechende Möglichkeit, Wasserstoff ohne die Nachteile anderer Technologien zu speichern, ist die Umwandlung von Ameisensäure in Wasserstoff durch homogene Katalyse. Auf diese Weise ist es möglich, schon ab Raumtemperatur Ameisensäure drucklos in Wasserstoff und Kohlendioxid umzuwandeln. Die Nutzung von Ameisensäure als großindustriell herstellbarem Grundstoff bietet den Vorteil, dass vorhandene Infrastruktur für flüssige Brennstoffe genutzt werden kann, zumal Ameisensäure eine nur leicht toxische Säure ist. Daraus ergeben sich eine Reihe von Vorteilen in Bezug auf Emissionsarmut, Systemkompaktheit und Effizienz für netzferne und mobile Anwendungen.
In einem nun abgeschlossenen Vorhaben der Industriellen Gemeinschaftsforschung konnte vom ZBT gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Katalyse e.V. in Rostock gezeigt werden, dass eine Brennstoffzelle mit Wasserstoff aus Ameisensäure betrieben werden kann. Dabei wird Ameisensäure durch einen leistungsfähigen Ruthenium basierten Katalysator selektiv und nahezu CO-frei in einem geeigneten Reaktor in die beiden Gase Wasserstoff (H2) und das Brennstoffzellen verträgliche Kohlendioxid (CO2) gespalten. Das resultierende Gasgemisch kann ohne weitere Separation in der Brennstoffzelle verstromt werden. Das für die Zersetzung günstige Temperaturniveau von ca. 60°C wird über einen Temperierkreislauf durch die Brennstoffzellenabwärme bereitgestellt.
Die Schwerpunkte des Vorhabens lagen auf der Identifizierung geeigneter Katalysatorsysteme zur selektiven Zersetzung von Ameisensäure (LIKAT), Entwicklung eines systemtauglichen Reaktors zur Skalierung des Zersetzungsprozesses für höhere Leistungsklassen (ZBT mit LIKAT), Anpassung der NTPEM-Brennstoffzelle an neue Betriebsbedingungen und der thermischen Kopplung der Komponenten zu einem funktionsfähigen System (ZBT).
Das integrierte System wurde mit Ameisensäure gespeist und lieferte kontinuierlich über mehrere Stunden ca. 65 W elektrische Leistung. Das Potenzial der Nutzung von Ameisensäure als Wasserstoffspeicher für Brennstoffzellen konnte demonstriert werden. Die im Antrag angestrebten Ziele bezüglich Darstellung des Betriebs als Funktionsmuster konnten erbracht werden, es wurden jedoch verschiedene zusätzliche Fragestellungen aufgeworfen, die zu der bereits erfolgten Beantragung eines Folgeprojektes geführt haben.
Der Abschlussbericht ist über die antragstellende Mitgliedsvereinigung IUTA zu beziehen und fasst die Projektergebnisse zusammen.
- Abteilung Brennstoffzellen- und Systemtechnik
- Leibniz Institut für Katalyse
- Mitgliedsvereinigung: IUTA
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- Industrielle Gemeinschaftsforschung am ZBT