Brennstoffzelle
Auf dem Weg in eine CO₂-neutrale Zukunft unserer Gesellschaft ist die Versorgung von Haushalten mit klimaneutraler Energie in Form von elektrischem Strom und Wärme eine zentrale Herausforderung. Unsere Brennstoffzellen-Systeme sind in der Lage, dem Anwender beide Energieformen zur Verfügung zu stellen.
So funktioniert die RIVA Power Systems Brennstoffzelle
Im Allgemeinen handelt es sich bei der Brennstoffzelle um eine Komponente, welche die chemische Energie von Wasserstoff und Sauerstoff nutzt und unter der Entstehung von Wasser in elektrische Energie und Wärme umwandelt.
Ein schematischer Querschnitt der Brennstoffzelle mit allen relevanten Einzelkomponenten und elektrochemischen Reaktionen ist in der nebenstehenden Abbildung dargestellt.
Herzstück der Brennstoffzelle ist die speziell von RIVA Power Systems entwickelte Membran-Elektroden-Einheit (MEA Membrane-Electrode-Assembly). Diese besteht, wie in der Abbildung grün dargestellt, aus einer protonenleitenden Membran (PEM Polymer-Electrolyte-Membrane), dem sogenannten Elektrolyten, sowie zwei Elektroden (Anode und Kathode, orange dargestellt) inklusive Gasdiffusionsschichten.
Aufgabe der MEA ist es, Anode und Kathode voneinander zu trennen, ähnlich wie bei einer Batterie. Wasserstoff und Sauerstoff reagieren hier in einer „kalten Verbrennung“ zu elektrischem Strom, Wärme und Wasser.
H₂
+
O₂
H₂O
+
+
Wasserstoff
Sauerstoff
Wasser
Strom
Wärme
An der Anode gibt Wasserstoff H₂ in Anwesenheit eines Katalysators Elektronen ab und wandert als Proton (H⁺) durch die Membran. Die abgegebenen Elektronen (e⁻) werden so einem externen Stromkreis zugänglich und stehen dem Anwender als elektrischer Strom zur Verfügung. An der Kathodenseite reagieren die Protonen (H⁺) weiter mit Sauerstoff und den Elektronen des externen Stromkreises zu Wasser.
Neben der Produktion von elektrischem Strom, kann die entstandene Wärme in weiterführenden Prozessen wie z.B. der Warmwasseraufbereitung für Brauchwasser und Heizung genutzt werden.
Um höhere Leistungen zu erreichen, werden einzelne Brennstoffzellen-Einheiten zu Brennstoffzellen-Stapeln, sogenannten Stacks zusammengebaut. Herbei spielen die sogenannten Bipolarplatten (Abbildung oben grau) eine zentrale Rolle, welche den elektrischen Kontakt zwischen einzelnen MEAs in einem Brennstoffzellen-Stack herstellen und die Versorgung der Membran mit Wasserstoff über ein System aus Strömungskanälen optimal gestalten. Zwischen Bipolarplatten und Membran sorgt die Gasdiffusionsschicht dafür, die Gase gleichmäßig und fein auf der Membran zu verteilen und das bei der Reaktion entstehende Wasser in die Strömungskanäle der Bipolarplatten abzutransportieren.
Eine weitere Besonderheit des RIVA Power Systems Brennstoffzellen-Systems ist die Bereitstellung des Wasserstoffs mittels einer effizienten Reformierung von Methanol und Wasser zu Wasserstoff.
Während gasförmiger Wasserstoff aufwändig und teuer bei hohem Druck in speziellen Druckflaschen oder Behältern gespeichert werden muss, ist die Lagerung von Methanol bei Umgebungsdruck und Temperatur sicher und einfach.
Wird sogenanntes grünes Methanol als Brennstoff aus erneuerbaren Energien und Power-to-X Verfahren hergestellt, ist das Brennstoffzellensystem von RIVA Power Systems komplett CO₂-neutral.
Als Sauerstoff-Quelle dient der Reaktion einfache Umgebungsluft.