Strom aus Wasserstoff für die Infrastruktur

Proton Motor entwickelt und produziert auf dem Gebiet der Energieversorgung mit kundenspezifischen Wasserstoff-Brennstoffzellen. Die Technologie ist eine der möglichen Lösungen für eine netzunabhängige bzw. dezentrale Strom- und Notstromversorgung.

Zentrale Komponente für emissionsfreie Wasserstoffanwendungen: der Brennstoffzellen-Stack

Unabhängig von der tatsächlichen Anwendung und der erforderlichen Leistungsstärke – jede Wasserstofflösung beginnt bei Proton Motor mit dem Stack, dem Zellstapel.

Die aktive Fläche einer Zelle bestimmt durch die Menge der gleichzeitig ablaufenden Reaktionen, wie viel elektrische Energie der Stack oder Zellstapel liefern kann. Die korrespondierende Spannung ist ein Ergebnis der Anzahl der zusammengeschalteten Zellen.

Auf diese Weise stellen die Stackmodule von Proton Motor aktuell eine elektrische Leistung von 1,8 bis 42,6 kW bereit. Die Zukunftspläne des Unternehmens sehen eine weitere Steigerung der Leistung vor, insbesondere durch den Einsatz von Multistacks.  

Wasserstoffgas rezirkulieren mit hochdichter, wartungsfreier KNF Membranpumpe

Die Betriebsweise der Brennstoffzellen-Systeme ist der Rezirkulationsbetrieb. Die Einleitung von mehr Wasserstoff in den Anodeneingang, als im Prozess verbraucht wird, verhindert eine Unterversorgung der Anode bei wechselnder Stromlast.

Aktuell setzt Proton Motor in Systemen bis zu 10,6 kW Leistung KNF Membran-Gaspumpen vom Typ N 838.1.2 ein, um überschüssiges Wasserstoffgas wieder zurück in den Brennstoffzellen-Stack zu führen.

Am Anodenausgang nimmt die Gaspumpe N 838.1.2 den unverbrauchten Wasserstoff auf. Das Kondensat verbleibt im Abscheider. Restliches Wasserstoffgasgemisch verdichtet die N 838.1.2 auf den erforderlichen Anodeneingangsdruck und rezirkuliert es in den Stack.

Die KNF Rezirkulationspumpe sorgt dafür, dass der eingesetzte Wasserstoff nahezu vollständig genutzt werden kann. Das optimiert den Wasserstoffverbrauch und wirkt sich positiv auf die Effizienz des Gesamtsystems aus.

Die Anforderungen des Wasserstoffs an die Membranpumpe

Der Energieträger Wasserstoff stellt spezifische Anforderungen an die Rezirkulationspumpe.

So sind die medienberührenden Komponenten der Pumpe – Pumpenkopf, Verschaltung und Anschlussplatte – aus 316L Edelstahl gefertigt. Das verhindert unerwünschte Material-Versprödungen und die Auswaschung von Schadkomponenten.

Die Dichte von Wasserstoff ist gering; zusätzlich verändert sich diese abhängig vom Betriebspunkt. Der Pumpenkopf ist auf die Charakteristik des Wasserstoffs angepasst und bleibt so zuverlässig dicht.

Die Schutzart IP 20 der Serienausführung ist auf IP 44 erhöht. Dafür erhält der Motor einen zusätzlichen Flansch, besondere Motor-Kabelverschraubungen und einen separaten  Klemmenkasten. Eine weitere Anpassung, die das KNF Baukastensystem zeit- und kosteneffizient ermöglicht, ist die Ausrüstung mit gasdichter Verschraubung.

Dynamische Pumpenkennlinien für unterschiedliche Betriebszustände

Die Betriebsmodi Anfahren, Normalbetrieb und Herunterfahren bzw. Stand-by führen zu unterschiedlichen Mengen an rückzuführendem Wasserstoffgas.

Die KNF Rezirkulationspumpe ist mit einem Motor aus der Digital Customization Serie ausgestattet. Dieser präzise regelbare Motor gibt der wartungsfreien Rezirkulationspumpe die erforderliche Flexibilität, die jeweilige Förderrate an anfallendem Anodengas mit bestmöglicher Energieeffizienz zu leisten.

Der Systemdruck liegt bei bis zu 400 mbar ü – mit diesem Vordruck kommt der bürstenlose DC-Motor, eine Eigenentwicklung von KNF, sehr gut zurecht. Ein Sanft-Anlauf ist möglich, die Stromaufnahme bleibt jederzeit unter Kontrolle und es kommt nicht zu Stromspitzen.

Modulare Brennstoffzellen-Systeme mit Bedarf an kompakten Wasserstoff-Pumpen

Proton Motor achtet bei der Auswahl der Anodengas-Pumpe auf die Baugröße. Das Serienmodell der Membran-Gaspumpe N 838.1.2. ist bereits kompakt gebaut. Modifikationen an der Verschaltung des Pumpenkopfes haben die Rezirkulationspumpe zusätzlich verschlankt, der Platzbedarf ist weiter reduziert. Diese Option unterstützt perfekt die Modulbauweise des CleanTech-Unternehmens.

Wasserstoff für Off-Grid-Stromversorgung und Notstromversorgung

Die skalierbaren Brennstoffzellen-Lösungen von Proton Motor lassen sich stationär und mobil einsetzen. Sie sind sowohl im Innen- als auch im Außenbereich als schlüsselfertige Schranklösung nutzbar.

Neben der Anwendung als Netzersatzanlage ist die Notstromversorgung kritischer Infrastrukturen ein wichtiger Einsatzbereich. Ein aktuelles Projekt ist die Notstromversorgung für das Stellwerk der Deutschen Bahn in Sömmerda. In Kooperation mit der DB Bahnbau Gruppe und der DB Netz AG hat das Unternehmen eine Containerlösung für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung geschaffen. Dazu wurde der Dieselgenerator, der bis dahin für die Notstromversorgung zuständig war, durch das emissionsfreie Brennstoffzellen-System HyModule^® S8 mit 7,8 kW Leistung ersetzt.

Wasserstoff als Energieträger mit Zukunftspotential

Brennstoffzellen sind Bausteine für eine nachhaltige Energieversorgung. Durch die kompakte Bauweise des Stackmoduls lassen sich diese leicht in ein übergeordnetes, für die jeweilige Anwendung maßgeschneidertes System zusammensetzen. Wird der Wasserstoff dann auch noch über die Elektrolyse von Wasser mittels regenerativer Energien wie Photovoltaik oder Windenergie erzeugt, ist die Energieerzeugung mit Brennstoffzellen CO₂-neutral.

Für die geregelte, kontinuierliche Rezirkulation des Wasserstoffs in den Brennstoffzellen-Stacks sorgen Membran-Gaspumpen von KNF.