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Multiple SchiffsIntegration von Festoxid-BrennstoffZellen (MultiSchIBZ) im Rahmen des Innovationsclusters e4ships

Multiple SchiffsIntegration von Festoxid-BrennstoffZellen (MultiSchIBZ) im Rahmen des Innovationsclusters e4ships

Im Verbundprojekt MultiSchIBZ wird unter der Leitung von thyssenkrupp Marine Systems ein SOFC-System zur Versorgung von Schiffsnebenaggregaten mit elektrischer Energie und Wärme weiterentwickelt. Als Brennstoff auf seegängigen Schiffen stehen den SOFC-Systemen schwefelarmer Marine-Diesel und zukünftig auch Flüssigerdgas (LNG) zur Verfügung. Durch die direkte elektrochemische Energiewandlung wird gegenüber der konventionellen Energieversorgung mittels Verbrennungsmotoren eine erhebliche Reduktion der Stickoxid- und Feinstaubemissionen bei gleichzeitiger Senkung des CO2-Ausstoßes erwartet.

An Bord seegängiger Schiffe sollen mehrere SOFC-Systeme dezentral positioniert in das Bordnetz integriert werden. Ein SOFC-System besteht dabei aus mehreren Brennstoffzellen-Modulen und einem zentralen Prozessgasmodul, das den Brennstoff mit Wasser zu H2 und CO vorreformiert und den Brennstoffzellen-Modulen als Anodengas zuführt.

Systemsimulation

Das IfT entwickelt ein verfahrenstechnisches modulares Systemmodell zur Vorausberechnung zulässiger Betriebsparameter und Lastbereiche und ermittelt kritische Systemgrößen sowie die Anforderungen an die apparative Gestaltung des Prozessgasmoduls. Anhand des validierten Modells erfolgt zu einem späteren Zeitpunkt die Auslegung eines Regelungskonzepts zur Automation des Gesamtsystems.

Charakterisierung von Einzelzellen im Reformatbetrieb

Am Hochtemperaturteststand des IfT werden neue Festoxid-Zellgenerationen unter realistischen Betriebsbedingungen charakterisiert. Die experimentellen Ergebnisse fließen in die Parametrierung des Systemmodells ein. Hierzu kommt neben der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) die Gaschromatographie (GC) zum Einsatz, um anhand der Zusammensetzung des Anodenabgases die Reaktionskinetik der internen Reformierung zu untersuchen.

Entwicklung von Hochtemperatur-Wärmeübertragern

Aufgrund des beschränkten Bauraums im Prozessgasmodul sowie möglichst geringer Wärmeverluste müssen die Wärmeübertrager so kompakt wie möglich und dennoch betriebssicher ausgeführt werden. Hierzu wird die Leistungsdichte erprobter Wärmeübertrager-Bauformen mittels der additiven Fertigung weiter angehoben. Das IfT unterstützt bei der Auslegung und Optimierung dieser Wärmeübertrager durch vielfältige CFD-Rechnungen und führt experimentelle Untersuchungen dieser Wärmeübertrager bei anwendungsnahen Bedingungen durch. Die Ergebnisse aus diesen Untersuchungen fließen in die Systemsimulation ein, um bei der späteren Automatisierung eine höhere Regelgüte zu erreichen.

Projektförderung

Das Projekt MultiSchIBZ ist Teil des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) und wird vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) finanziert.

© IfT, Leibniz Universität Hannover
Abbildung 1: Konstruktionszeichnung des Vorgängerprojekts SchIBZ2, bestehend aus dem Prozessgasmodul (links) und Brennstoffzellen-Modulen(rechts). Quelle: NOW-GmbH

BEARBEITUNG

M. Sc. Jan Hollmann
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An der Universität 1
30823 Garbsen
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M. Sc. Marco Fuchs
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