Mischung aus Mikrogasturbine und Hochtemperatur-Brennstoffzelle: Die Turbo Fuel Cell aus Cottbus

Ein neuer hocheffizienter und hybrider Energiewandler aus einer Hochtemperaturbrennstoffzelle und einer Mikrogasturbine soll von der BTU Cottbus und dem Fraunhofer IKTS aus Dresden zur Marktreife entwickelt werden. Das "MGT-SOFC-Gesamtsystem" wird unter dem Namen Turbo Fuel Cell 1.0 (TFC) geführt und soll am Ende jeweils mehr als 25 Haushalte mit Strom versorgen können

TFC wesentlich effizienter als bisher gebaute Kraftwerke

Die Energiespeicherung wird künftig in kompakteren Systemen mit einer höheren Speicherdichte und einer verlustärmeren Langzeitspeicherung auch über mehrere Monatszyklen durch die Entwicklung der innovativen TFC für die Rückverstromung erstmals hocheffizient möglich – so eine Mitteilung auf der Webseite der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg über die Arbeit an der TFC unter Leitung von Prof. Heinz Peter Berg, Inhaber des Lehrstuhls Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe.

Die Strom- und Gasnetze müssten in der Zukunft hocheffektive Transformationsstellen (X to Power und Power to X) besitzen. Somit könne etwa grüne Elektroenergie in chemische Energie umgewandelt und über die Gasnetze gespeichert sowie transportiert werden. Hocheffiziente Wasserstofferzeugung und hocheffektive Rückverstromung sind hierbei gefordert. Die TFC sei wesentlich “effizienter als bisher gebaute Kraftwerke. Durch eine Mehrfachnutzung von entstehender Wärme und einer geschickten Anordnung der Komponenten des Systems ist der Wirkungsgrad sehr hoch, und zwar auf einem Level, das einmalig im Universum ist”, so Berg gegenüber der Beilage “Wissenschaft im Zentrum” der Potsdamer Neuesten Nachrichten vom 26.09.2020. Seine Technologie werde eines Tages in etwa drei Meter hohen Mini-Kraftwerken stecken, die in Städten und Dörfern jeweils mehr als 25 Haushalte mit Strom versorgen könnten. Dank intelligenter Vernetzung und eines modularen Aufbaus könnten TFCs genau so viel Strom produzieren wie nötig sei, sagte Berg den PNN.

22 Wissenschaftler aus 10 Lehrstühlen und Arbeitsgruppen werden am Standort Cottbus dazu im Projekt “TURBO Fuel Cell F&E“ multidisziplinär zusammenarbeiten. Mit der Entwicklung des hocheffizienten, hybriden Energiewandlers aus Hochtemperaturbrennstoffzellen und Mikrogasturbine (Turbo Fuel Cell) in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS Dresden) will die BTU Cottbus einen wichtigen Beitrag zur erhöhten Effektivität der Energieausnutzung leisten. Damit einhergehend werde der Primärenergiebedarf verringert und die technische Realisierung der Energiewende durch die effektive Verknüpfung des Gas- und E-Netzes mittels der “TFC1.0-Energy-Server” unterstützt.

Energiewandler der Zukunft aus Cottbus, Senftenberg und Dresden

Im Rahmen des vom BMWi im Rahmen des Sofortprogramms für die Braunkohleregionen geförderten multidisziplinären Projekts (7. Energieforschungsprogramm) werden in der Projektphase 1 ( Jan. 2020 bis Dez. 2021) die für Hybridsysteme aus Mikrogasturbinen (MGT) und Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) benötigten Komponentensysteme aus existierenden und neuen Subsystemen entwickelt.

Der “Energiewandler der Zukunft” Turbo Fuel Cell liefert die Lösung für die hocheffiziente Rückverstromung von Wasserstoff und Methan aus erneuerbaren Energiequellen. Diese erfolgt bei der MGT-SOFC mit einem elektrischen Wirkungsgrad von mehr als 65-70%. Gemeinsam mit dem IKTS Dresden werden die für ein solches Hybridsystem erforderlichen Anlagekomponenten (SOFC, Hochtemperatur-Brennstoffzellen) mit den erforderlichen Eigenschaften, wie sie z. B. für die hybride “Cottbuser TURBO Fuel Cell 1.0” notwendig sind, entwickelt. Dabei sollen zum Teil bereits existierende Teilkomponenten für den Einsatz angepasst und weitere Subsysteme mit erforderlichen Eigenschaften entwickelt werden.

Das Projekt wird federführend vom Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe der BTU Cottbus-Senftenberg durchgeführt und geleitet. Dies fußt insbesondere auf den bereits bestehenden Erfahrungen der Arbeitsgruppe auf den Gebieten der Entwicklung von Mikrogasturbinen und dem Betrieb von Hochtemperaturbrennstoffzellen unter Druckbedingungen. Weiterhin werden für die Komponentenuntersuchungen in kooperativer Zusammenarbeit vorrangig Fachgebiete der BTU Cottbus-Senftenberg im Gesamtverbund der Entwicklungsgruppe integriert. Weiter ist es unabdingbar, das SOFC-Brennstoffzellen-Knowhow des Fraunhofer IKTS Dresden zu implementieren und die Synergieeffekte der Kooperation innerhalb des Verbundvorhabens stark zu nutzen.

Die Turbo Fuel Cell–Technologie wird den Weg zu CO₂-neutraler Stromerzeugung und dezentraler Stromversorgung ebnen – “mit einem Wirkungsgrad auf Weltrekordniveau”, so die BTU Cottbus. Berg: “Bis 2026 werden wir entwickeln und bis 2038 könnten 20 Gigawatt Leistung mit den Maschinen abgedeckt werden”.