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Rezirkulationsgebläse für effizientere Brennstoffzellen

| Redakteur: Benjamin Kirchbeck

Brennstoffzellen wandeln chemische in elektrische Energie und sind damit ein wichtiger Schritt auf dem Weg hin zu einer CO2-neutralen Mobilität. Nun arbeiten Forscher an einem Rezirkulationsgebläse für die Wasserstoff-Seite von Brennstoffzellen. Die Ziele: höhere Effizienz und Zuverlässigkeit, längere Lebensdauer sowie geringere Kosten beim Einsatz von Brennstoffzellen.

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Mit dem Rezirkulationsgebläse soll der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen optimiert und ihre Lebensdauer verlängert werden.
Mit dem Rezirkulationsgebläse soll der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen optimiert und ihre Lebensdauer verlängert werden.
(Bild: Clipdealer)

In Brennstoffzellen wird Wasserstoff in die Anode eingeblasen - aber nie ganz verbraucht. Durch die sogenannte Rezirkulation wird der nicht genutzte Wasserstoff nicht verschwendet, sondern kann erneut zugeführt werden. Aktuell kommen für die Rezirkulation einfache Strahlpumpen zum Einsatz, die jedoch nicht in jedem Betriebspunkt effizient arbeiten: Vor allem in Start-Stopp-Szenarien - also beim häufigen Anfahren und Abbremsen, beispielsweise im Stadtverkehr - wird viel Wasserstoff verbraucht.

Das Institut für Turbomaschinen und Fluiddynamik (TFD) der Leibniz Universität Hannover (LUH) forscht nun an einem Rezirkulationsgebläse. "Das Rezirkulationsgebläse, das wir auf Basis des Medienspaltmotors entwickeln, kann dagegen immer dann zugeschaltet werden, wenn die Strahlpumpe keine ausreichende Leistung bringt oder die Brennstoffzelle gespült werden muss", erklärt Philipp Nachtigal, Gruppenleiter am TFD.

Die Forscher erwarten dadurch mehrere Vorteile: Erstens wird der Wasserstoff in dem neuen Rezirkulationsgebläse hermetisch gekapselt und ohne dynamische Dichtungen transportiert. "Das ist sicherheitstechnisch ein bedeutender Zugewinn und kostengünstig in der Fertigung", sagt Christoph Klunker, Produktmanager im Business Development von G+L innotec. Zweitens strömt der Wasserstoff durch den Medienspaltmotor und kühlt ihn - das steigert die Effizienz des Antriebs. Drittens lässt sich der Anodenkreislauf präzise lastabhängig steuern, wodurch der Wasserstoffverbrauch sinkt. Und viertens: Stickstoff und Feuchtigkeit, die durch die Membran der Brennstoffzelle in den Anodenkreis gelangen, werden zuverlässig aus dem Brennstoffzellenstapel abgesaugt - unabhängig davon, wie viel Leistung abgerufen wird. "Das ist gut für die Lebensdauer der Brennstoffzelle", so Klunker.

Das Team der LUH bringt vor allem sein Know-how auf dem Gebiet der Auslegung von Turbomaschinen mit Hilfe der numerischen Strömungssimulation ein: Die Hauptaufgabe des TFD ist die strömungsmechanische Auslegung des Anodenkreislaufs. Die Wissenschaftler aus Hannover legen insbesondere die Geometrie des Laufrades aus, das im Gebläse für die Beschleunigung des Wasserstoffs sorgt. Außerdem integrieren sie funktional den für den Betrieb notwendigen Wasserabscheider in das Rezirkulationsgebläse.

"Wir stehen dazu ist enger Abstimmung mit den Kooperationspartnern, um Betriebsbedingungen, Stoffzusammensetzungen und auch geometrische Randbedingungen abzuklären und zu optimieren", sagt Nachtigal vom TFD. Das Projekt "REZEBT - Rezirkulationsgebläse-Entwicklung in der Brennstoffzellen-Technologie" läuft seit April 2020 für zwei Jahre. "In einem Jahr wollen wir einen Prototypen haben", sagt Walter Lindenmaier, Gesellschafter von G+L innotec.

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