Wasserstoff / Brennstoffzellen
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WHG Know-how

Die Schmelzcarbonat-Brennstoffzelle – MCFC


Die Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (Molten Carbonate Fuel Cell - MCFC) gehört wie die SOFC zu den Hochtemperaturbrennstoffzellen. Ihre Arbeitstemperatur liegt typischerweise zwischen 600°C und 700°C und damit etwas niedriger als bei der SOFC. Als Brenngas wird vor allem Erdgas (oder Biogas/Synthesegas) verwendet. Ein Teil der Wärme wird in einem Vorreformer genutzt um das Brenngas in Kohlendioxid und Wasserstoff zu trennen. Der Wasserstoff wird der Anode zugeführt, das Kohlendioxid der Kathode.

Als Elektrolyt dient eine Salzschmelze aus Alkalikarbonaten (Li2CO3 / K2CO3).

Die Funktion der MCFC-Brennstoffzelle

  • Schritt 1
    Die in zwei Kreisläufen getrennten Gase - Sauerstoff und Kohlendioxid an der Kathode und Wasserstoff an der Anode - wandern vom Gasraum in den Katalysator.
  • Schritt 2
    Die Wasserstoffmoleküle (H2) werden durch den Katalysator in zwei H+ Atome (Protonen) gespalten. Dabei gibt jedes Wasserstoffatom sein Elektron ab.
  • Schritt 3
    Die Elektronen treten fließen von der Anode zu Kathode und bewirken einen elektrischen Stromfluß, der einen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt.
  • Schritt 4
    Jeweils vier Elektronen an der Kathode rekombinieren mit einem Sauerstoffmolekül.
  • Schritt 5
    Die nun entstandenen Sauerstoff-Ionen sind negativ geladen und reagieren mit Kohlendioxid zu Karbonat-Ionen.
  • Schritt 6
    Die negativ geladenen Karbonat-Ionen wandern durch den Elektrolyten (Salzschmelze) zu den positiv geladenen Protonen an der Anode.
  • Schritt 7
    Die Karbonat-Ionen geben ihre beiden negativen Ladungen an zwei Protonen ab und oxidieren mit diesen zu Wasser. Durch die Abspaltung der Sauerstoff-Ionen vom Karbonat entsteht wieder Kohlendioxid.

Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle


Anwendungen der Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle

Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen werden für den stationären Einsatz entwickelt. Sie eignen sich besonders für die Kraft-Wärme-Kopplung in industriellen und gewerblichen Anwendungen, wo hohe Temperaturen benötigt werden (Prozesswärme).

Es werden Anlagen im Leistungsbereich von 300 kW entwickelt, aber auch größere Leistungen von mehreren Megawatt sind in der Entwicklung. Es gibt auch Überlegungen MCFC’s für große Schiffsantriebe zu nutzen.