Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines serientauglichen Brennstoffzellensystems unter Nutzung aller verfügbaren Daten aus dem parallel laufenden Feldtest inhouse. Dabei wurde der Fokus der Arbeiten auf die Verbesserung der Effizienz, der Robustheit und die Kostenoptimierung im System gerichtet.

Die Projektpartner SolviCore GmbH & Co. KG (SC), inhouse engineering GmbH (IE) und Riesaer Brennstoffzellentechnik GmbH (RBZ) arbeiten seit mehreren Jahren in der PEM-Stack- und Systementwicklung des Brennstoffzellenheizgerätes inhouse5000 zusammen, das derzeit im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) im Feldtest inhouse erprobt wird. Die RBZ ist im Projekt verantwortlich für die Systemintegration und die Entwicklung sowie die Optimierung des Reformermoduls. IE entwickelt und optimiert den PEM-Stack, das Brennstoffzellenmodul und die Steuerung. SC ist im Projekt verantwortlich für die Entwicklung und Optimierung der Membranelektrodeneinheit (MEA). So konnten die Stärken der Projektpartner gezielt genutzt werden, um im Bereich Hausenergieversorgung die drei Schwerpunkte

  • PEM-Stack und Zellkomponenten
  • Reformer und Gasaufbereitung
  • Systemoptimierung

effektiv miteinander umsetzen zu können. So konnte für die PEM-Brennstoffzelle bzw. das komplette System erfolgreich eine Wertschöpfungskette etabliert werden, bei der die Herstellung der Kernkomponenten in Deutschland liegt.

Basierend auf Daten aus dem Feldtest inhouse wurden verfahrenstechnische Analysen und Zuverlässigkeitsanalysen durchgeführt. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden die Entwicklungsschwerpunkte im Projekt definiert. Es wurden neue systemische Betriebsparameter und neue Einzelkomponenten entwickelt bzw. optimiert. Durch die Implementierung von neu entwickelten Messverfahren zur Diagnose der PEM-Stacks im Betrieb bzw. neuen Methoden zur Post-Mortem-Analyse konnten zusätzliche Erkenntnisse generiert werden, die entscheidend zum Projekterfolg beigetragen haben. So konnte eine neue MEA-Generation entwickelt werden, die im PEM-Stack zu einer um 10 % höheren Performance bei gleichzeitiger Senkung der Katalysatorbeladung um circa 37 % führte. Die Degradationsraten konnten mit der neuen MEA-Generation und einer verbesserten Betriebsfahrweise des Systems auf bis zu 5 µV/h reduziert werden. Die Systemkosten konnten um rund 17 % gesenkt werden. Die Kaltstartzeit konnte auf eine knappe Stunde verkürzt werden und bei Rücklauftemperaturen unter 40°C arbeitet das System wasserautark.

Gebündelt werden diese Ergebnisse in der neuen Systemgeneration inhouse5000plus. Diese soll in Deutschland und Europa weiten Praxistests erprobt werden und in diesem Rahmen in die Kleinserienfertigung überführt werden.

Grundlegende Erkenntnis ist, dass die übergreifende Betrachtung und Entwicklung der Kernkomponenten die notwendigen Steigerungen in der Effizienz bzw. die notwendigen Kostensenkungen ermöglicht. Weiterhin ist festzustellen, dass die Rahmenbedingungen für Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen im Mehrfamilienhausbereich nicht klar definiert sind und daher auch die Frage der Wirtschaftlichkeit derzeit nicht immer zufriedenstellend beantwortet werden kann. Daraus ergibt sich kurzfristig akuter Handlungsbedarf für einen erfolgreichen Markteintritt, besonders im internationalen Wettbewerb mit nordamerikanischen und japanischen Herstellern, die durch gezielte nationale Förderung bereits deutlich größere Stückzahlen in den Markt einführen.

Technische Daten Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerk inhouse5000plus:

  • Modell: inhouse5000plus
  • Bestimmungsland: Deutschland
  • Wasserstofferzeugung: Erdgas-Dampfreformierung
  • Brennstoffzelle: NT-PEM-FC mit Reformatbetrieb (Erdgas)
  • Inverter: 1-phasig, netzparallel
  • QN: ca. 7,5 kW
  • Pel max.: 5 kW brutto
  • Leistungsmodulation: 30 bis 100 %
  • Elektrischer Wirkungsgrad: 28 bis 32 %
  • Gesamtwirkungsgrad: 82 bis 92 %
  • Schutzgrad Anlage: IP42
  • Abmessungen (BxHxT): 750 x 1.550 x 1.159 mm³
  • Einsatz: Mehrfamilienhaus, Kleingewerbe

Funding Code
03BH205