Nutzung von Fackelgas in hybriden Brennstoffzellensystemen
Restore: Nutzung von industriellem Fackelgas in einem Hybridsystem aus Mikrogasturbine und Brennstoffzelle
In der chemischen Industrie fallen in zahlreichen Prozessen Restgase an, die nicht sinnvoll in den Produktionskreislauf zurückgeführt oder in einem anderen Prozess genutzt werden können. Stand der Technik ist, dass diese Gase als sogenanntes Fackelgas verbrannt werden, wobei die enthaltene Energie häufig auch thermisch nicht weiter genutzt wird. Folglich handelt es sich bei den Fackelgasen um eine ungenutzte Energiequelle, deren Erschließung zur Senkung von Energiekosten und CO2-Emissionen beitragen kann.
Eine vielversprechende Lösung stellt die energetische Verwertung von Fackelgasen in einem Hybridsystem aus Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) und Mikrogasturbine dar. Dieses System ermöglicht eine hocheffiziente Umwandlung der chemischen Energie der Restgase in elektrische Energie. Durch die Integration eines Oxycombustors kann zudem ein konzentrierter CO₂-Strom erzeugt werden, der eine nachgelagerte Abscheidung (CCS) ermöglicht.
Das Forschungsprojekt Restore verfolgt das Ziel, die technische Machbarkeit und das Potenzial eines Hybridsystems aus SOFC und Mikrogasturbine zu untersuchen und nachzuweisen. Herausfordernd dabei ist u.a. die hohe Systemkomplexität und die energetische Integration der einzelnen Systemkomponenten. Während der Brennstoffzellenstack extern beschafft wird, müssen der Reformer für die Umwandlung des Fackelgases in ein wasserstoffreiches Brenngas und der Brenner für das Anodenabgas im Projekt neu entwickelt werden. Zusätzlich soll ein Membranseparator für Luft integriert werden, um reinen Sauerstoff für die Verbrennung des Anodenabgases bereitzustellen.
Ziel ist der Funktionsnachweis anhand eines Gesamtsystems im Labormaßstab, wobei die Einzelkomponenten zunächst separat von den Projektpartnern entwickelt und getestet werden. Es soll dabei ein elektrischer Gesamtwirkungsgrad von mindestens 60 % erzielt werden.
Die Einzelkomponenten des Systems werden zunächst von den Projektpartnern separat entwickelt, wobei die Anforderungen an die Komponenten aus einem Gesamtsystemmodell abgeleitet werden. Es werden dabei verschiedene Varianten zur energetischen Integration der Einzelkomponenten ermittelt und bewertet. Die Variantenauswahl erfolgt unter Abwägung von Wirkungsgrad auf der einen, sowie Systemkomplexität und Investitionskosten auf der anderen Seite.
Aufgaben OWI:
- Entwicklung und Test des Oxycombustors für Anodenabgas
- Design, energetische Integration und Test des Fackelgasreformers
- Auswahl weiterer Haupt- und Nebenkomponenten des SOFC-Teilsystems
Durchführende Forschungsstellen:
- OWI Science for Fuels gGmbH
- Mitis SA, Belgien
- Universite de Mons, Belgien
- Rijksuniversiteit Groningen, Niederlande
Ansprechpartner
Projektförderung:
Das Projekt wird im Rahmen der „Clean Energy Transition Partnership Joint Call“ der Europäischen Union durch das Land Nordrhein-Westfalen gefördert. Die Mittel werden zur Verfügung gestellt vom Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes NRW aus dem Programm progress.nrw. Beim Fördermittelgeber PtJ wird das Projekt unter dem Kürzel EFO-0229 geführt. Die Laufzeit ist von Dezember 2024 bis November 2027 (36 Monate).
