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Bessere Komponenten für Brennstoffzellen

Robustes und haltbares Reformersystem entwickelt

24.01.2012, 08:11 Uhr

Brennstoffzellen sind leise und effiziente Energiewandler. Um Wasserstoff als nötigen Brennstoff zu erzeugen, wenn man nur fossiles oder biogenes Methan hat, schalten Techniker ein relativ aufwendiges Reformersystem vor. Das spaltet das Erdgas oder BioErdgas in Wasserstoff und CO2 auf. Ein vom Bundeswirtschaftsministerium gefördertes Gemeinschaftsprojekt hat jetzt erforscht, wie sich langlebigere und robustere Reformer herstellen lassen, meldet der BINE Informationsdienst auf seinen Internetseiten.

Zielstellung des Vorhabens war es, die Lebensdauer und Robustheit von Reformersystemen für Brennstoffzellenanwendungen zu erhöhen, indem die Forscher den Reaktor des Reformers neu konstruierten sowie neue Werkstoffe und Fügetechnologien auswählten und anpassten. Die Werkstoffe und Schweißverbindungen werden durch wechselnde Temperaturen thermozyklisch sehr hoch beansprucht. Es herrschen Temperaturen bis über 1000 Grad Celsius und korrosive Atmosphären. Diese komplexe Aufgabenstellung bearbeiteten drei Forschungspartner: das Zentrum für Brennstoffzellen Technik GmbH (ZBT), das Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung Jena GmbH (ifw Jena) und das Karl-Winnacker-Institut der Dechema e. V. (KWI).

Das KWI in Frankfurt am Main optimierte selbst entwickelte Diffusionsschichten auf Basis von Aluminium-Aktivelementen (Al und Al-Si; Y, Hf und Ce). Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten war die Untersuchung der vorliegenden Korrosionsmechanismen und deren Wirkung auf die betrachteten Werkstoffe. Abschließend bewerteten die Forscher die unbeschichteten und beschichteten Werkstoffe im 1000-stündigen thermozyklischen Hochtemperaturkorrosionstest in realer Prozessgasatmosphäre.

Das ifw Jena bestimmte die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe vor und nach deren Auslagerung im Korrosionstest. Diese Ergebnisse stellten die Grundlage für die Auswahl des im weiteren Projektverlauf zur Anwendung kommenden Werkstoffes und der Fügetechnologie dar.

Das ZBT in Duisburg fertigte schließlich ein reales Reformersystem mit optimiertem Werkstoff, Beschichtung und Fügetechnologie für den Praxistest. Die Tests verliefen im zyklischen Start-Stopp-Betrieb zur Abbildung einer beschleunigten Alterung über 1000 Stunden ausfallfrei. Nach der Demontage stellten die Forscher den Reformerreaktor für metallographische Untersuchungen am KWI und ifw Jena zur Verfügung.

Dieses Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. (FOSTA) erfolgte im Programm zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die Allianz Industrie Forschung finanziert.