Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE| Laufzeit: | 11/2019 - 06/2024 |
| Auftraggeber / Zuwendungsgeber: |
Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) |
| Kooperationspartner: |
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| Webseite: | Projektseite der NOW GmbH |
| Projektfokus: |       |
H2Fuel – Erarbeitung neuer, technisch und wirtschaftlich geeigneter Grenzwerte für Schadkomponenten in Wasserstoff an Tankstellen
Spannungsverlauf von Brennstoffzellen während des FC-DLC mit reinem und CO-kontaminiertem Wasserstoff, und die erholende Wirkung von Betriebspausen, während derer unerwünschte Adsorbate auf Elektrodenoberflächen abreagieren können.
In ersten Versuchsreihen konnten Schadstoffgruppen identifiziert werden, die unerwartete, irreversible Degradation hervorrufen. So scheint Ameisensäure (HCOOH) im Wasserstoff die Degradationsrate (DR) während schneller Lastzyklen des FC-DLC zu erhöhen, was mit höherer Stromdichte und Konzentration stärker in Erscheinung tritt.
Brennstoffzellenfahrzeug der Abfallwirtschaft und Stadtreinigung Freiburg GmbH (ASF) vor der Wasserstoff-Tankstelle des Fraunhofer ISE.
Der Wasserstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEVs, engl. Fuel Cell Electric Vehicles) enthält je nach Produktions- und Transportverfahren Verunreinigungen wie z. B. Kohlenwasserstoffe, die die Effizienz und Lebensdauer von Brennstoffzellen beeinflussen. Die Wasserstoffqualitätsnorm ISO 14687:2019 enthält daher Vorgaben zu maximal erlaubten Konzentrationen der Schadkomponenten, die in umfassenden Tests ermittelt werden. Ziel des Projekts »H2Fuel« ist es, diese Grenzwerte im Hinblick auf aktuelle Brennstoffzellenkonfigurationen, anwendungsnahe Fahrweisen und Gesamtsystemkosten zu überprüfen.
Nutzungsdaten von FCEVs zeigen, dass sich häufige Lastwechsel, wie sie sich z. B. über den sog. Fuel Cell Dynamic Load Cycle (FC-DLC) simulieren lassen, sowie ein Start und Stopp des Systems positiv auf unerwünschte Kontaminationseffekte auswirken können. In Kombination mit Betriebsweisen, die an verunreinigten Wasserstoff angepasst sind, könnte dieser Effekt für eine Entschärfung bestimmter Schadstoff-Grenzwerte sprechen.
Andererseits verfolgen Brennstoffzellenhersteller aus Kostengründen das Ziel, die in Brennstoffzellen enthaltene Platinmenge je Stack zu verringern, was sich negativ auf die Schadstofftoleranz des Systems auswirken kann. Effizienzverluste und irreversible Schädigungen der Elektroden treten stärker in Erscheinung, wenn nur ein kleiner Puffer gegen den Verlust aktiver Katalysatoroberflächen zur Verfügung steht. Die Konzentrationen der jeweiligen Wasserstoffverunreinigungen müssen daher auf ein so geringes Level begrenzt werden, dass trotz langer Betriebszeiten keine kontaminationsbedingte, irreversible Degradation auftritt.
Sind die Anforderungen an die Wasserstoffreinheit allerdings hoch, steigen die Gestehungskosten des Wasserstoffs und somit die Betriebskosten von FCEVs. Sind die Anforderungen gering und Schadstoffkonzentrationen hoch, können im schlimmsten Fall irreversible Schädigungen der Brennstoffzelle auftreten, die nur durch robustere Brennstoffzellenstacks zu bewältigen sind.
Mittels Einzelzellmessungen sowie Modellrechnungen werden in H2Fuel die Kosten verglichen, die einerseits durch erhöhte H2-Nachreinigung und Analyse, und andererseits durch robustere Stacks entstehen, um letztlich Anpassungen der ISO-Norm für die Wasserstoffabgabequalität an Tankstellen unter Berücksichtigung aktueller und zukünftiger Brennstoffzellenkonfigurationen sowie der Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems zu begründen. In diesem Rahmen werden am Fraunhofer ISE Einzelzellmessungen mit verschiedenen Verunreinigungen wie z. B. Kohlenmonoxid, Toluol und Ameisensäure durchgeführt, um deren Langzeitwirkung zu untersuchen.
Zur Initialisierung des ISO-Revisionsprozesses werden die Ergebnisse in die Normungsgruppen eingebracht.
Das Projekt »H2Fuel« wird im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie mit insgesamt 1.575.329,00 Euro durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert. Die Förderrichtlinie wird von der NOW GmbH koordiniert und durch den Projektträger Jülich (PtJ) umgesetzt. Förderkennzeichen: 03B11014
