Wärme und Strom aus Bioethanol
Es klingt ideal: Eine Hausenergiezentrale, die Wärme und Strom erzeugt, nahezu ohne Emissionen arbeitet und zudem ausschließlich die regenerativen Energiequellen Sonne und Bioalkohol nutzt – Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE arbeiten daran. Herzstück der Anlage ist die Kombination einer Brennstoffzelle mit einem neu entwickelten Reformer, der den von der Brennstoffzelle benötigten Wasserstoff aus Bioethanol erzeugt.
Die Hochtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (HT-PEM) ist gemeinsam mit dem Reformer in einem Warmwasser-Schichtenspeicher integriert. Die Abwärme des Brennstoffzellen-Reformer-Systems wird vollständig vom Speicher aufgenommen. Mit einer thermischen Leistung von 6 kW ist das System für Ein- bis Zweifamilienhäuser ausgelegt, die gut, entsprechend der gültigen Energieeinsparverordnung nach KfW-60-Standard, gedämmt sind. Die elektrische Leistung der Brennstoffzelle beträgt 1,2 kW. Der Strom kann in den Gebäuden genutzt oder entsprechend dem Erneuerbare-Energien-Gesetz ins Stromnetz eingespeist werden.
Im Reformer arbeitet ein neuartiger Ethanol-Spaltkatalysator. Er katalysiert aus Ethanol und Wasser ein Reformatgas mit einem volumenbezogenen Anteil von 50% Wasserstoff, 25% Methan sowie Kohlendioxid. Entscheidend ist der geringe Anteil an Kohlenmonoxid (CO) von weniger als 1%. Da die spezielle Hochtemperatur-Membran der Brennstoffzelle bis zu 5% CO toleriert, kann auf eine CO-Feinreinigung verzichtet werden. Dies sorgt für eine deutliche Vereinfachung des Gesamtsystems, senkt die Kosten und erleichtert die Integration des Reformer-Brennstoffzellen-Systems in den Speicher. Für den Betrieb des Reformers wurde ein mit Bioethanol und Gas betreibbarer Porenbrenner entwickelt.
Noch auf der Suche
Die bei den Tests verwendete Brennstoffzelle war ein nicht kommerziell verfügbares Einzelstück. Die Forscher suchen – bislang noch vergeblich – nach einer geeigneten kommerziellen HT-PEM-Brennstoffzelle, für die ausreichende Langzeiterfahrungen vorliegen. Mit dieser könnte die Integration des Systems in den Schichtenspeicher weiter entwickelt und ein Prototyp gebaut werden.
Gute Marktchancen
Steigende Heizkosten erleichtern die Einführung innovativer und hochwertiger Technologien. In Deutschland werden jährlich ca. 400.000 Heizkessel installiert. Etwa 5% der Kunden wünschen eine komplett regenerative Hausenergieversorgung. Das entspricht einem jährlichen Potenzial von ca. 20.000 Heizkesseln. Die Käufer in diesem Marktsegment sind oftmals bereit, höhere Kosten als in einem Massenmarkt zu akzeptieren. Für sie spielen ökologische Aspekte eine starke Rolle bei der Kaufentscheidung. Einer der Projektpartner der Freiburger Forscher, die SOLVIS GmbH & Co. KG, bedient derzeit bereits vorwiegend diese Marktnische. Der vom Konsortium angestrebte Marktanteil liegt bei 25%, also 5.000 Stück. Dieser Produktionsumfang kann von dem mittelständischen Konsortium in wenigen Jahren aufgebaut werden.
Für das komplette System inklusive Brennstoffzelle und Reformer, sowie Solarkreis, Heizkreispumpengruppe und Abgassystem streben die Projektpartner einen Preis von 25.000 Euro bei Markteinführung an. In wie weit sich dies realisieren lässt, hängt von der Verfügbarkeit der Brennstoffzelle ab.
Weitere Informationen
Weitere Informationen zu dem vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt sind als PDF-Datei (165 KB) verfügbar.
Stichwort Ethanol
Ethanol ist gemeinhin als Trinkalkohol bekannt. In der Regel wird er als Bioethanol durch Vergärung von Getreide, Zuckerrüben oder Zuckerrohr erzeugt. Bisher gibt es keine kommerziell verfügbaren Hausheizsysteme, die mit Bioethanol als Brennstoff betrieben werden können. Als Energieträger spielt er in Deutschland vor allem als 5- oder 10-prozentige Beimischung zu herkömmlichem Benzin eine Rolle (E5, E10). In Brasilien dient er auch als Hauptbestandteil von Treibstoffen (E85).
