Strom aus Wasserstoff für die Infrastruktur
Flexible KNF Membranpumpen für skalierbare Brennstoffzellen-Systeme
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01.03.2023
Membranpumpen für den Wasserstoffträger Methanol
KNF Flüssigkeitspumpen und Gaspumpen fördern und dosieren den Brennstoff Methanol in Hochtemperatur-PEM Brennstoffzellen und rezirkulieren den Wasserstoffdampf an der Anode
Aus industriellem Standard-Methanol lässt sich mit der Dampfreformierung Wasserstoff zur Stromerzeugung gewinnen.
Die Münchner Firma SIQENS fokussiert sich auf Lösungen für die Wasserstoffinfrastruktur der letzten Meile und auf Brennstoffzellen für die Stromerzeugung aus grünem Wasserstoff. Zu den Energieträgern für die lokale Wasserstofferzeugung gehört auch Methanol. Für die Versorgung der Brennstoffzelle mit Methanol und die Zirkulation des entstehenden Wasserstoffdampfes setzt SIQENS auf KNF Pumpen.
Methanol-Brennstoffzelle zur Stromerzeugung
Dieselbetriebene Systeme für die kontinuierliche Strombereitstellung sind für Entscheidungsträger mit Dekarbonisierungszielen Anlass, Alternativen zu prüfen. Erneuerbare Primärenergien wie Wind und Sonne sind nicht ständig verfügbar; Batteriesysteme sind in ihrer Speicherfähigkeit limitiert. Liegt die zu versorgende kritische Infrastruktur, wie Richtfunk und Telekommunikationsanlagen, abgelegen, kommen erhöhte Anforderungen für die Aufrechterhaltung der Betriebsbereitschaft dazu.
Das Münchner Unternehmen SIQENS sieht seine patentierte Brennstoffzellentechnologie als eine vorteilhafte und vor allem auch saubere Lösung für diesen Bedarf – mit Methanol als Energieträger. Die SIQENS Brennstoffzellen Ecoport 800 und 1500 liefern eine tägliche Ladekapazität bis zu 36 kWh. Die Brennstoffzellen werden im Energiesystem immer an die Batterie angeschlossen, um diese kontinuierlich zu laden. Die Batterie versorgt die angeschlossenen elektrischen Geräte direkt.
Die SIQENS Brennstoffzellen Ecoport 800 und 1500 liefern eine tägliche Ladekapazität von bis zu 36 kWh. Bildnachweis: © Siqens GmbH
Dampfreformierung nutzt die Vorteile von Methanol als Wasserstoffträger
Methanol kann direkt oder auch indirekt eingesetzt werden. SIQENS setzt auf das indirekte Verfahren, bei dem Methanol als flüssiger Wasserstoffträger dient. Der Wasserstoff wird über Dampfreformierung aus Methanol- und Wasserdampf im Stack mithilfe dessen Abwärme und in einem externen Reformer bei etwa 220 °C aus dem Methanol mit höchster Effizienz gewonnen. Es handelt sich dabei um günstigen, industriellen Standard-Methanol. Die Hochtemperatur-Polymer-Membran (HT-PEM) Brennstoffzelle bringt einige Vorteile mit sich, wie etwa die geringere Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen im Wasserstoffgas. So lässt sich auch grünes Methanol aus Biogasanlagen verwenden. Zudem arbeiten diese Brennstoffzellen unabhängig von der Umgebungstemperatur – zwischen –20 und 50 °C – problemlos.
Methanol ist einfach zu transportieren und zu lagern. Zwei 60-Liter-Kanister mit Methanol haben ein Gewicht von etwa 95 kg und liefern 200 kWh elektrische Energie. Für dieselbe Energiemenge wären zwölf Druckgasflaschen mit Wasserstoff und einem Gesamtgewicht von 1.460 kg nötig.
Zur Vermeidung von Unfällen während der meist mehrmonatigen Bauzeit einer Windkraftanlage werden HT-PEM Brennstoffzellen zum kontinuierlichen Betrieb des Hindernisfeuers eingesetzt.
Wartungsfreie Membranpumpen für die HT-PEM Brennstoffzelle
Bei der Dampfreformierung ist das flüssige Methanol präzise zu fördern sowie zu dosieren. Der heiße, überschüssige Wasserdampf ist dem Prozess wieder zurückzuführen, ebenso auch wie das anfallende Kondensat. Die Rückführung der Medien- und Wärmeströme ist das besondere, patentierte Know-how des Clean Tech Unternehmens aus München.
SIQENS verlässt sich bei diesen Aufgaben ganz auf die Pumpen von KNF. Es kommen Membran-Flüssigkeitspumpen aus der Serie FL 10 sowie die Membran-Gaspumpe NMP 850.1.2 HP zum Einsatz.
Ausfallsicherheit ist in der Telekommunikationstechnik ein wesentliches Thema. Brennstoffzellen von SIQENS sind aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und ihres Betriebs mit grünem Wasserstoff eine gefragte Alternative zu Dieselgeneratoren.
Der Anschluss von Bürocontainern einer örtlich abgelegenen Baustelle an das öffentliche Stromnetz kann aus Kostengründen oder aufgrund technischer Hindernisse schwierig sein. Photovoltaik kombiniert mit Methanol-Brennstoffzellen ist eine Lösung, die keinen Feinstaub und keine Stickstoffdioxide an die Umwelt abgibt.
Trockenlaufende Flüssigkeitspumpen für flüchtiges Methanol
Insgesamt sind vier FL 10 Membran-Flüssigkeitspumpen zur Förderung von Methanol und Kondensat verbaut.
Die Fähigkeit der KNF Flüssigkeitspumpen, trockenlaufend zu arbeiten, ist bei der Verwendung von Methanol von besonderer Wichtigkeit und entscheidend für die zuverlässige Funktion der Brennstoffzelle. Das flüchtige Methanol verdunstet sehr schnell. Selbst nach wochenlangen Stillständen saugen die KNF Flüssigkeitspumpen das Methanol sicher an und bringen den Brennstoff zuverlässig ins System. Stillstände sind bei der Verwendung der SIQENS Brennstoffzellen als Notstromversorgung die typische Betriebsweise. Aus diesem Grund hat SIQENS umfangreiche Tests durchgeführt, die die trockenlaufenden Flüssigkeitspumpen mit Bravour bestanden haben.
Die trockenlaufenden Membranpumpen der Serie FL 10 sind Bestandteil der Methanol-Brennstoffzellen von SIQENS. Die Flüssigkeitspumpen fördern und dosieren Methanol und führen das Kondensat aus dem Kathodengas zurück in den Prozess.
Regelbare Gaspumpe für die Zirkulation des Wasserstoffdampfes
Das am Anodenausgang des Stacks austretende wasserstoffhaltige Abgas wird zur Weiterbehandlung von der KNF Membran-Gaspumpe NMP 850.1.2 HP gefördert. Je nach Betriebsmodus werden Durchflussraten von 500 ml/min bis zu 3 l/min erreicht. Das Abgas hat eine Temperatur von 40–80 °C, bei einem Druck von 0,1 – 0,5 bar ü. Die Pumpe arbeitet auch unter diesen Bedingungen exakt und ist temperaturbeständig.
Die sehr gute Regelbarkeit der KNF Membran-Gaspumpe NMP 850.1.2 HP lässt sie zur idealen Komponente für die wechselnden Zirkulationsraten des Wasserstoffdampfes im Anodenkreislauf des Stacks werden.
Langlebige Flüssigkeits- und Gaspumpen aus einer Hand
Die Pumpen müssen fehlerfrei und aufeinander abgestimmt funktionieren, und das über die gesamte Betriebszeit der Brennstoffzelle, die bei SIQENS mit 5.000 Stunden definiert ist. Alle für die Medienströme und -kreisläufe wichtigen Flüssigkeits- und Gaspumpen kommen von KNF und damit aus einer Hand. So konnten Pumpenlösungen entwickelt werden, die die Vorstellungen von SIQENS bezüglich Systemeffizienz und Lebensdauer ideal unterstützen.
Auch grünes Methanol aus Biogasanlagen lässt sich in der HT-PEM Brennstoffzelle als Wasserstoffträger zur Stromerzeugung nutzen.
