Brennstoffzelle + Klärgas = Umweltfreundlicher Strom

Fraunhofer UMSICHT hat im Klärwerk Kohlfurth des Wupperverbands erfolgreich eine MCFC-Brennstoffzelle in Betrieb genommen, die aus Klärgas umweltfreundlich Strom erzeugt. Ziel des vom Umweltministerium des Landes NRW geförderten Projekts ist es, die effiziente Verstromung von Klärgas in einer MCFC-Brennstoffzelle zu demonstrieren und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu untersuchen.

Klärgas ensteht bei der Zersetzung von organischem Klärschlamm. Die im Gasgemisch aus Kohlendioxid und Methan enthaltene Energie wird bisher meist nur zum Teil zur Stromerzeugung genutzt. Kommt die Brennstoffzellentechnik ins Spiel, wird Strom aus Klärgas zu 100% regenerativ und mit hohen Wirkungsgraden herstellbar.

Eine reizvolle Aufgabe, der sich die Energietechniker von Fraunhofer UMSICHT gerne widmen. Gemeinsam mit dem Wupperverband und dem Institut für Abfallwirtschaft und Abfalltechnik der Universität Duisburg-Essen testen sie an einer Versuchsanlage mit 1 kWel Leistung im Klärwerk Wuppertal-Kohlfurth die Kombination von MCFC-Brennstoffzelle und Klärgas auf Herz und Nieren. “Läuft das Verfahren optimal und arbeitet wirtschaftlich, wird es auf höhere Leistungsbereiche übertragen und bis zur Serienreife entwickelt. Das ist unser Ziel”, erklärt Dr. Ralf Hiller, Leiter Brennstoffzellensysteme bei Fraunhofer UMSICHT die Motivation des Projekts.

Das Verfahren ist schnell erklärt: Bevor das Klärgas in die Brennstoffzelle eingespeist werden kann, wird es gereinigt, befeuchtet, auf ca. 650 °C erhitzt und in Kohlendioxid und Wasserstoff umgewandelt. Solch gute Behandlung belohnt die MCFC-Brennstoffzelle der Firma Ansaldo mit hohen thermischen und elektrischen Wirkungsgraden.

Klärgas enthält in Spuren Schwefel, Halogene, leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe und Siloxane, die schon in geringsten Konzentrationen die Brennstoffzelle zerstören können und entfernt werden müssen. Das geschieht in einer von Fraunhofer UMSICHT entwickelten vierstufigen Gasreinigungsanlage.

Die Anlage ist so konzipiert, dass verschiedenste Schaltungen der Reinigungsstufen getestet werden können. Erste Optimierungen zeigen, dass mit einer Gasreinigung über nur drei Stufen die geforderten Reinheiten für Hochtemperatur-Brennstoffzellen erzielt werden.

Die Ergebnisse machen deutlich, welch hohes technisches Niveau die Klärgasreinigung ereicht hat und stimmen zuversichtlich, dass bald viele Klärwerke das regenerative Energiepotenzial des Klärgases mit Brennstoffzellen optimal nutzen werden