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Fraunhofer Venture

Spin-off im Profil

CERAGEN GmbH - Hocheffiziente Stromerzeugung bereits bei kleinster Leistung

 

 

Das Prinzip der Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC) ist für hohe elektrische Wirkungsgrade von über 60 Prozent mit Potenzial für wartungsfreien Langzeitbetrieb über 70.000 Stunden bekannt. Besonders bei kleinen Leistungen unter einem Kilowatt, wie sie im Zeitalter der hocheffizienten, dezentralen Energieversorgung immer stärker gefordert werden, sind die Vorteile der SOFC bei Effizienz, Lebensdauer und Wartungsintensität gegenüber motorischen BHKW oder Stirling-Generatoren überragend. Ein zusätzlicher Vorteil ist das hohe Temperaturniveau, das eine einfache und vielfältige Nutzung der Abwärme ermöglicht. Damit ist diese Technologie für die dezentrale Energieversorgung ideal geeignet. In Expertenkreisen werden für Kraft-Wärme-Kopplung im kleinen Leistungsbereich motorische BHKW und Stirling-Generatoren lediglich als Brückentechnologien betrachtet, bis sich die Brennstoffzellentechnologie dort durchgesetzt hat.

Technischer Durchbruch bei Start-/Stopp-Zyklen-Festigkeit
 

Durch F&E-Aufwendungen von über 15 Millionen Euro und zehn Jahren intensiver Entwicklungsarbeit ist es dem Team vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS unter der Leitung von Prof. Dr. Alexander Michaelis gelungen, bisher beim Einsatz der SOFC-Brennstoffzelle als kritisch betrachtete Parameter entscheidend zu verbessern. Herkömmliche SOFC-Brennstoffzellen werden durch Aufwärm- und Abkühl-Zyklen nachhaltig geschädigt, sodass sie meist nur einer zweistelligen Anzahl an Kaltstarts standhalten. Außerdem führt die Fertigung in aufwendigen Press-, Sinter- und Schweißprozessen zu hohen Kosten und ist nur unter hohem Investitionsaufwand automatisierbar. „Durch unsere patentierte Multi-Layer-Technologie können bis über 1.000 Zyklen bei spezifischen Materialkosten von unter 300 €/kW erreicht werden“, schwärmt Prof. Michaelis, und betont: „Das sind die entscheidenden technischen Voraussetzungen für den breiten Markterfolg.“

Kostengünstige Produktion durch Multi-Layer-Technologie
 

Der Schlüssel dazu liegt im patentierten Aufbau aus dünnen, gestanzten und beschichteten Stahlblech- und Zirkonoxid-Plättchen, die mit einem Glas-Lot zu einem Stapel verlötet werden. Die dünnen Einzelteile sind sehr elastisch und können so auch größere und schnelle Temperatur­änderungen unbeschadet überstehen. Durch die Einfachheit der Einzelteile können Material- und Fertigungskosten gesenkt und die Produktion kostengünstig automatisiert werden. So können bereits niedrige Stückzahlen zu wettbewerbsfähigen Kosten produziert werden. Mit den robusten und preiswerten Geräten können weitaus mehr Märkte adressiert werden, als dies bisher mit herkömmlichen SOFC-Brennstoffzellen möglich war. Für die Verwertung der Technologie wurde eigens das Fraunhofer-Spin-off CERAGEN GmbH gegründet.

Flexible und mobile Einsatzmöglichkeiten
 

Die Einsatzmöglichkeiten dieser Technologie sind vielfältig: neben der netzfernen Stromversorgung von verschiedensten Überwachungseinrichtungen zählen kleinste Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen für Einfamilienhäuser zu den attraktivsten Anwendungspotentialen, die die CERAGEN GmbH erschließen möchte. Bereits mit wenigen hundert Watt Dauerleistung können die Hälfte des jährlichen Strombedarfs und der komplette Warmwasserbedarf eines Vier-Personen-Haushalts hocheffizient erzeugt werden. Gleichzeitig wird etwa eine Tonne CO2 pro Jahr eingespart.

Das System basiert auf einer seit 2006 am Fraunhofer IKTS entwickelten kleinen Flüssiggas-Brennstoffzelle zur netzfernen Stromversorgung und wurde aus Mitteln der Fraunhofer-Zukunftsstiftung finanziert. Mit der Gründung der CERAGEN GmbH, der Besetzung des Management-Teams mit gründungs- und industrieerfahrenen Managern sowie der Erstfinanzierung durch die Fraunhofer-Gesellschaft im Oktober 2015 wurden die ersten wichtigen Schritte der Verwertung unter Regie von Fraunhofer Venture erfolgreich abgeschlossen.

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