Energy is life

Stromverbrauch CH sinkende Produktion ab 2020 Mühleberg geht in Pension Beznau I und II gehen ebenfalls in Pension Stromverträge mit EDF laufen aus steigender Verbrauch 1-2% / Jahr die Stromwirtschaft verkauft ‚CO2-freie‘ Wärmepumpen. DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Stromlücke 2020  Auswege ??? sparen ? Gas ? ! WWF Studie spricht von einem Potential von 30%  Aber auch Energiespartechnik aller Art braucht Strom  Selbst die Fahrzeugbranche rechnet mit Wasserstoff aus Atomstrom für die Brennstoffzellenantriebe Gas ? ! Die Stromkonzerne planen Gaskombi-Kraftwerke GUD und was machen die Gaswirtschaft??? DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Das Gas-Zeitalter Die Lösung: Blockheizkraftwerk (BHKW)  Strom und Wärme mit Gasmotoren erzeugen D.h.: Mit Gas als Brennstoff Strom und Wärme resp. Kälte produzieren, anstatt mit Wärmepumpen, die Strom brauchen, Wärme produzieren und so Gas substituieren. maximaler Wirkungsgrad weniger CO2 entlastet die Leitungsnetze spart Energiekosten schafft Arbeitsplätze Chance für die Gaswirtschaft DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG unsere Produkte Gasmotoren: BR 400 119 … 386 kW el BR 4000 660 … 1‘600 kW el Brennstoffzelle: HotModule 250 kW el DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

hotmodule Tradition und Innovation sichern die Zukunft 1884 wurde der erste schnell laufende Viertaktmotor von Gottlieb Daimler und Willhelm Maybach gebaut. Im Oktober 1999 . wurde das erste . HotModule, die . Karbonat-Brennstoffzelle von MTU in Betrieb gesetzt. 56% Stapelwirkungsgrad und 47% el. Nettowirkungsgrad … bisher Weltrekord DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Brennstoffzelle – Was ist das? Ganz Einfach: Eine Batterie, die anstatt Kohle und Zink Wasserstoff verbraucht Eine technische Revolution:  Umwandlung von Primärenergie direkt in Strom Nichts Neues:  Das Prinzip wurde schon um 1838 vom Basler Professor C.F. Schönbein entdeckt und 1845 vom Engländer W.R. Grove erstmalig in einem funktionsfähigen Laboraufbau umgesetzt. DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Brennstoffzelle - Wie funktioniert das? Beispiel: ‚kalte‘ Verbrennung PEM oder PAFC Membrane (Elektrolyt) Wasserstoffmoleküle treffen auf die Anode und werden zerlegt in atomaren Wasserstoff. Hier geben sie ihre Elektronen ab und wandern als Ionen (Kation: positiv geladen) durch die Membrane (=engmaschiges Gitter, das nur Atomkerne ohne Elektronen durchlässt). Die Elektronen werden durch die leitende Oberfläche der Anode über den Verbraucher zur Kathode geleitet wo sie zusammen mit den Wasserstoffionen und dem Sauerstoff zu Wasser reagieren (verbrennen). H2O O2 H2 Anode Kathode H2O H+ H2 O H+ O2 H+ H2 O H2O Wärme H+ e- e- e- e- DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Brennstoffzelle gegenüber konventionellen Technologien viel versprechend: hohe Wirkungsgrade (kein Carneau-Prozess) Minimale Abgasemissionen (Chemische Umformung, keine Verbrennung) kein Russ / Staub (Russ entsteht bei jedem Verbrennungsprozess) Wartungsfrei (kein Schmieröl, keine bewegliche Teile, kein Verschleiss) Einfacher Aufbau, geringe Kosten (…jedenfalls in der Serienproduktion) aber: je nach Typ und Hersteller reine Brennstoffe notwendig (prinzipiell nur Wasserstoff und Sauerstoff) Gasaufbereitung bedingt teure Wartung Degradation der Zellen (Stapellebensdauer meist gering) Produktionsverfahren müssen erst entwickelt werden DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Brennstoffzelle – Welche Typen gibt es? Wir unterscheiden grundsätzlich zwei Typen von Brennstoffzellen A) mit ‚kalter‘ Verbrennung bis ca. 200°C kann nur Wasserstoff direkt verwenden hohe Ansprüche an die Gasqualität z.B.: kein CO (wirkt toxisch) Reformer extern Komplexe Zusammensetzung mit teilweise problematischen Materialien PAFC, PEM Entwicklungsstand: Feldtest / Serieneinführung teilweise seit mehreren Jahren auf dem Markt. Anwendung: Fahrzeuge (Stationärbetrieb solange keine Alternative besteht) B) mit ‚heisser‘ Verbrennung über 600°C Reformer intern (Dampfreformer) geringere Ansprüche an die Gasqualität. Erdgas und Biogas als Energiequelle direkt nutzbar. (Ev. sogar mit Erdöl) Unproblematische Materialien MCFC, SOFC Entwicklung: Labor / Feldtestanlagen, Markteinführung in wenigen Jahren Anwendung: voraussichtlich nur Stationärbetrieb DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Brennsstoffzellen Typen Phosforsaure BZ Membran BZ H2 O2 H2O H+ PAFC: 180°C – 220°C PEM: 30°C – 80°C Alkalische BZ OH- AFC: 25°C – 35°C Anode Elektrolyt Kathode Festoxyd BZ H2 H2O O2 O2- SOFC: 1000°C Hochtemperatur Brennsstoffzellen H2 Schmelz- karbonat BZ O2 CO2 CO32- MCFC: 650°C H2O CO2 Niedertemperatur Brennsstoffzellen DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Die MCFC-Technik kombiniert einzigartig: interne Reformierung  hoher Wirkungsgrad mit hoher Ablufttemperatur  gute Abwärmenutzung (Fernwärme, Dampf, Absortionskälte…) bei akkuraten Systemtemperaturen  metallische Baustoffe (Lebensdauer, Preise, Isolation…) DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

hotmodule Die Brennstoffzelle der MTU CFC wird HotModule genannt und baut auf der Schmelzkarbonat Brennstoffzelle auf, der so genannten Molten Carbonate Fuell Cell resp. MCFC. Vorteile des hotmodule gegenüber anderen Techniken Hohe Arbeitstemperatur von 650°C (Hochtemperatur-Zelle) Im Gegensatz zur SOFC mit über 900°C (z.B. Hexis) kann mit handelsüblichen Metallwerkstoffen gearbeitet werden; Kein Keramik Mittlere Leistung mit 250kW el; Anlagenbau Hoher Wirkungsgrad 47% netto, 55% DC (Zellstapel) Hohe Ablufttemperatur; weites Anwendungsgebiet für Wärmeverwendung  Dampf, Absorber… kein Kühlkreislauf notwendig; überschüssige Wärme in der Abluft DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Karbonat-Brennstoffzelle Wie funktioniert das? Katalysator CH4, H2O CH4 + 2 H2O ---> CO2 + 4 H2 Reformier-Reaktion Anode Anoden-Reaktion H2 + CO3-- ---> H2O + CO2 + 2 e- CO2 Matrix mit Elektrolyt CO3-- 2 e- Kathode CO2 + 1/2 O2 + 2 e- ---> CO3-- Kathoden-Reaktion O2, CO2 Abluft DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007 Neue Technologien

Karbonat-Brennstoffzelle Aufbau Zellstapel Kreuzstrom – Zellblock Gas-Verteiler Endplatte Isolierung Brenngas Anode Matrix Kathode Zuganker Oxidatorgas DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007 Neue Technologien

Karbonat-Brennstoffzelle Der Zellstapel Der so genannte Stack besteht aus 300 Zellen. Eine einzelne Zelle gibt eine Spannung von ca. 0,7V und ist aus min. drei Platten aufgebaut: Anode, Elektrolyt, Kathode. Zwischen den Platten müssen leitende Stromkollektoren und andere Zwischenschichten angebracht werden. Zur Zeit müssen noch alle Schichten von Hand zusammengebaut werden! Im Bild: Einer der Urstapel DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Das erste HotModule im Labor- test Das erste HotModule wurde 1997 bei der Ruhrgas AG In Dorsten getestet DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007 Neue Technologien

hotmodule Im Bild: Anlage im Röhn-Klinikum Von diesem Typ sind derzeit 16 Feldtestanlagen in Betrieb und haben bereits bis zu 30‘000 Stunden ohne Nennenswerte Störungen gearbeitet. DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

hotmodule Im Bild: Anlage Vattenfall in Berlin Zweistoff-Anlage mit Methanol / Erdgas im Betrieb umschaltbar. DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Vorteile für die Umwelt WKK mit Brennstoffzellen ist problemlos möglich, sogar in der Stadt Zürich (50 mg NOx). NOX ca. 2 mg/Nm3  weit unter dem Grenzwert CO ca. 10 mg/Nm3  weit unter dem Grenzwert Staub / Russ entsteht prinzipbedingt gar nicht Biogene Brennstoffe sind verwendbar (z.B. Kompogas direkt oder via Erdgasnetz) DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Nachteil Preissituation: Wirtschaftlichkeit noch nicht gegeben! Stack ist Einzelfertigung in Handarbeit Aufwendiger Einfahrprozess im Labor Anlagebau bei der Montage der Komponenten Einzelstückpreise bei den Zulieferanten Fördermittel: Dank dem hohen Innovationsgrad und dem grossen Potential werden Anlagen von verschieden Institutionen und Firmen gefördert. Wir suchen geeignete Standorte für eine Feldtestanlage Wer in welchem Umfang finanziert ist Aufgabe der GL DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Emissionen der Brennstoffzelle an der Nachweisgrenze (Non-Methane Hydrocarbons) Quelle: DLR1999 S.124 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

HotModule HM300 MDE 3042 L1 MDE 3066 L4 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

HotModule HM300 MDE 3066 L4 MDE 3042 L1 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Systemansatz BIOVISION High Value Food Mineral-Dünger Gärrestver-arbeitung Saubere CO2 Düngung Hygienic Green House New Value Food Substrat-reinigung Hitze Biogas Strom HotModule DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

Unsere Produkte Gasmotoren Magerturbo für Biogas  el 38% 50 kW el MAN 100 kW el MAN 120 kW el MAN 180 kW el MDE 360 kW el MDE Brennstoffzelle  el 50% 245 kW el / 180 kW th Dieselmotoren 75…9000 kW el DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Werner Frei, Feb 2007

DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Gaswerkstrasse 6 CH-8952 Schlieren 24h Pickettdienst 079 / 834 11 70 Innerhalb der Bürozeiten verwenden Sie bitte: 044 / 738 28 10 Sollte es einmal vorkommen, dass der Pickettdienst nicht erreichbar ist (technische Panne, vorübergehend kein Empfang …), dann versuchen Sie es bitte in dringenden Fällen unter einer der folgenden Nummern: Jost Mathis 079 / 401 83 63 Erich von Arx 079 / 404 92 58 René Walti 079 / 823 72 29 Werner Frei 079 / 300 24 29