Pulsationsarme Flüssigkeitspumpe für Methanol-Brennstoffzelle mit Reformer
Vorteile von Methanol als Wasserstoffspeicher
CH3OH – die chemische Formel lässt es erahnen: Methanol bindet Wasserstoff in flüssiger Form. Auf dieser Eigenschaft gründen unschlagbare Vorteile von Methanol als Energiequelle für Brennstoffzellen:
Methanol ist leichter zu transportieren als Wasserstoff
Methanol ist einfacher zu lagern als Wasserstoff
Methanol hat eine um den Faktor 10 höhere Energiedichte als Wasserstoff
Methanol ist ein standardisiertes Handelsgut mit weltweiter Verfügbarkeit
Funktionsweise der Methanol-Brennstoffzelle mit Reformer
Methanol-Brennstoffzellen lassen sich auf zwei Arten betreiben: direkt und indirekt. Die Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC – Direct Methanol Fuel Cell) wandelt das zugeführte Methanol-Wasser-Gemisch in Wasserstoff und Kohlendioxid um.
Bei der indirekten Methanol-Brennstoffzelle ist zusätzlich ein Reformer Teil der Anlage zur Umwandlung in Wasserstoff. Eine KNF Flüssigkeitspumpe fördert das Methanol in den Reformer. Bei hohen Temperaturen entsteht dort wasserstoffhaltiges Gas, auch Reformatgas genannt. Dieses Wasserstoffgas gelangt zur Anode, die Umwandlung von chemischer in elektrischer Energie erfolgt.
Vorteile der Methanol-Brennstoffzelle mit Reformer
Ein Reformer als zusätzliche Komponente der Methanol-Brennstoffzelle könnte zur Einschätzung führen, dass die Nachteile gegenüber der Direktmethanol-Brennstoffzelle überwiegen. Doch der Umwandlungsprozess der indirekten Methanol-Brennstoffzelle hat gewichtige Vorteile:
Wasserstoffgas und nicht flüssiges Methanol ist der Brennstoff für die Anode. Das erhöht den Wirkungsgrad der Methanol-Brennstoffzelle auf bis zu 50 %. Bei der DMFC liegt der Wirkungsgrad bei maximal 30 %.
Der Brennstoff ist gasförmig und somit anspruchsloser bezüglich der Umgebungstemperatur.
Wird die indirekte Methanol-Brennstoffzelle als Hochtemperatur-Brennstoffzelle betrieben, sind auch die Anforderungen an die Reinheit des Methanols geringer. So lässt sich beispielsweise auch grünes Methanol aus Biogas verwenden.
Vorteil der pulsationsarmen Förderung in den Reformer der Methanol-Brennstoffzelle
Im Reformer entsteht aus Methanol wasserstoffreiches Brenngas für die Brennstoffzelle. Die Performance des Reformers bestimmt wesentlich die Dynamik des Brennstoffzellen-Systems. Dabei ist die Qualität dieser Dampfreformierung wie jede chemische Reaktion abhängig von der Stabilität der im Reformer herrschenden Temperaturen und Drücke.
Bereits die Zuführung des flüssigen Methanols bzw. Methanol-Wasser-Gemisches hat Einfluss auf die Stabilität. Je pulsationsarmer die Förderung in den Reformer erfolgen kann, desto besser. Das gleichmäßige Fließen des Methanols und des VE-Wassers in den Reformer führt zu gleichmäßiger Verdampfung. Druckstöße können so nicht entstehen, Temperatur und Druck bleiben stabil.
Die Druckverhältnisse im Reformer der Methanol-Brennstoffzelle beeinflussen den Kohlenmonoxidgehalt im Reformatgas. Kohlenmonoxid führt zur sogenannten Vergiftung der Methanol-Brennstoffzelle, die Lebensdauer verkürzt sich erheblich. Tendenziell steigt der CO-Gehalt mit steigendem Druck. Die pulsationsarme Förderung in den Reformer vermeidet Druckstöße, die Lebensdauer der Methanol-Brennstoffzelle bleibt erhalten.
KNF Flüssigkeitspumpen vereinen das Beste aus der Membranpumpentechnik mit dem Besten aus der Zahnradpumpentechnik: Sie sind selbstansaugend und trockenlaufsicher und, besonders wichtig, sie erbringen ihre Leistung pulsationsarm.
Diese einzigartige Kombination dieser Eigenschaften bieten KNF Flüssigkeitspumpen der Smooth Flow Serie.
KNF Smooth Flow Flüssigkeitspumpen für Methanol-Brennstoffzellen
Die Bezeichnung ist sprechend: Smooth Flow – die pulsationsarme Förderung von Flüssigkeiten ist die herausragende Eigenschaft der KNF Flüssigkeitspumpen der Pumpenfamilien FP und FK.
Durch intensive Forschung über die Ursachen von Pulsationen in Membranpumpen hat KNF großes Know-how gesammelt, wie diese auf ein Niveau gesenkt werden können, das man sonst nur bei Zahnradpumpen findet. Der Schlüssel liegt in der Anzahl der eingebauten Membranen. Dies zeigen die KNF Forschungsergebnisse sehr deutlich:
Konsequent flossen diese Erkenntnisse in die Entwicklung der Flüssigkeitspumpen Serie FK mit 3 Membranen und der Serie FP mit 5 Membranen ein. Die parallele Verschaltung der Membranen bzw. Überlagerung der Membran-Impulse erreicht sehr niedrige Pulsationswerte. KNF Flüssigkeitspumpen der Smooth Flow Serie fördern ausgesprochen schonend, pulsationsarm und vibrationsarm – auch bei langen Förderleitungen mit kleinen Durchmessern.
Methanol-Brennstoffzellen mit stabiler Dampfreformierung
KNF Flüssigkeitspumpen unterstützen eine stabile Dampfreformierung nicht nur mit ihrer pulsationsarmen Förderung des Methanol-Wasser-Gemisches in den Reformer der Methanol-Brennstoffzelle. Auch die umfassende Regelbarkeit ist ein wesentlicher Vorteil für diese Aufgabe. Auf diese Weise steht das Methanol-Wasser-Gemisch in der richtigen Menge und im erforderlichen Mischungsverhältnis im Reformer für die Dampfreformierung bereit.
Die geregelten KNF Flüssigkeitspumpen unterstützen die Dynamik des Reformers insbesondere dann, wenn die Verwendung der Methanol-Brennstoffzelle unterschiedliche Betriebsmodi erfordert. Die variierenden H2-Bedarfe der Methanol-Brennstoffzelle können mit entsprechend veränderbarem Methanolumsatz im Reformer dank der flexibel anpassbaren Förderrate der KNF Flüssigkeitspumpe bedient werden.
Der Methanolumsatz, die Reaktionsrate, ist auch beeinflusst von der Einhaltung des spezifizierten Mischungsverhältnisses. Die KNF Flüssigkeitspumpen führen die hinterlegten Parameter präzise und mit hoher Wiederholgenauigkeit aus, so dass Methanol und VE-Wasser im richtigen Verhältnis zur Dampfreformierung gelangen und so eine konstante Zusammensetzung des Brenngases sicherstellen.
