„Mikrochips der Energietechnik“
Um die chemische Energie eines Brennstoffs in Elektrizität umzuwandeln, werden heute Wärmekraftmaschinen eingesetzt. Diese Maschinen produzieren Wärme, die sie in mechanische Energie und dann in Elektrizität (Generator) umsetzen. Brennstoffzellen hingegen wandeln – ähnlich wie eine Batterie – chemische direkt in elektrische Energie um.
Gegenüber der konventionellen thermomechanischen Methode verfügt die Brennstoffzellen-Technik unter anderem über zwei wesentliche Vorteile: sie ist wesentlich effizienter und setzt dabei keine Schadstoffe frei. Experten sehen darum in der Brennstoffzellen-Technologie den Schlüssel zur nachhaltigen Energieversorgung der Zukunft. Brennstoffzellen werden die Energielandschaft drastisch verändern, man bezeichnet sie daher als „Mikrochip der Energietechnik“.
Zwei wegweisende Projekte – zwei Rekorde
Aufgrund ihres kontinuierlichen hohen Strom- und Wärmebedarfs sind Krankenhäuser ein ideales Anwendungsgebiet für Brenn¬stoffzellen. Deshalb haben wir am Standort Bad Neustadt a. d. Saale gemeinsam mit der MTU-CFC Solutions, dem Land Bayern und der Ferngas Nordbayern von 2001 bis 2004 den ersten Feldversuch durchgeführt – mit einer damaligen Rekordlaufzeit von 21.000 Stunden.
Angesichts der vielversprechenden Ergebnisse in dem Pilotprojekt sind wir bereits im Jahr 2003 einen Schritt weiter gegangen und haben in der Zentralklinik Bad Berka eine zweite Brennstoffzellenanlage in Betrieb genommen – auch dies ein Gemeinschaftsprojekt, an dem neben dem Bund und dem Land Thüringen mehrere Unternehmen aus der Energie- und Maschinenbaubranche beteiligt sind. Hier kommt weltweit zum ersten Mal zusätzlich eine innovative, hocheffiziente Kälteerzeugungsanlage zum Einsatz, die direkt mit der Anlagenabluft der Brennstoffzellenanlage betrieben wird. Die Brennstoffzelle am Standort Bad Berka hat bereits die bisher höchste Strommenge produziert, die eine Anlage dieses Typs je erreicht hat.
Eine Idee mit Zukunft
Die bei der Energieumwandlung in der Brennstoffzelle entstehende Ab¬wärme kann zur Er¬zeugung von Dampf, Warmwasser für Heizung und Trinkwassererwärmung oder, wie in Bad Berka, zur Erzeugung von Kälte genutzt werden. Damit ist dieses Verfahren ein Meilenstein der Umwelt- und Ressourcenschonung, dessen Verbreitung allerdings maßgeblich von einer Senkung der Investitionskosten abhängen wird. Die von uns eingesetzte sehr kom¬pakte Hochtemperatur-Brennstoffzelle, das „Hot Module“ der Firma MTU-CFC Solutions, verfügt über eine elek¬trische Leistung von etwa 250 kW. Aufgrund der radikalen Systemvereinfa¬chung bei der Konstruktion sehen wir in diesem Modell hohes kommerzielles Poten¬zial für eine Serienfertigung in der Zukunft.
Innovationen in der Energieumwandlung: Hybrid-Blockheizkraftwerk
Die Vorteile der verbrauchsnahen Energieerzeugung gerade in großen Immobilien liegen angesichts der Preisentwicklung auf den Primärenergiemärkten auf der Hand. Auch im Krankenhauswesen gehen immer mehr Betreiber dazu über, Blockheizkraftwerke zur Energieumwandlung einzusetzen und so durch eigene Produktion von Strom, Wärme und Kälte die Effizienz ihrer Energieversorgung zu steigern.
Diesem Ansatz sind bislang jedoch Grenzen gesetzt: denn bei der Energieumwandlung entsteht in großem Umfang Abwärme, die bei herkömmlichen Installationen nur mit vergleichsweise unbefriedigender Effektivität zur Kälteerzeugung genutzt werden kann. Für Großimmobilien wie Krankenhäuser, die ganzjährig über einen hohen Kältebedarf verfügen, würde die bessere Nutzung der Abwärme zur Kälteerzeugung einen Effizienzsprung in der Energieversorgung bedeuten.
Vor diesem Hintergrund haben wir ein völlig neues Energiekonzept entwickelt, das auf der Kopplung einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit einem konventionellen Motor-Blockheizkraftwerk sowie einer Multieffekt-Absorptionskälteanlage basiert. Dabei werden die Hochtemperatur-Abwärme der Brennstoffzelle sowie die Motorabgase des Blockheizkraftwerks von der Multieffekt-Absorptionskälteanlage zur Erzeugung von Kälteenergie eingesetzt. Das Ergebnis ist eine hocheffiziente Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung, die ganzjährig eine optimal bedarfsorientierte Energiezufuhr ermöglicht.
Selbstverständlich müssen in einem solchen Prozess die einzelnen Komponenten optimal aufeinander abgestimmt funktionieren. Dies übernimmt in unserem Konzept eine innovative Hybrid-Steuerung. Während die Brennstoffzelle mit konstanter Leistung die Grundlast abdeckt, wird das Motor-Blockheizkraftwerk in größerem Umfang regelbar sein und durch die Hybrid-Steuerung an den jeweiligen Energiebedarf angepasst werden. Die Steuerung ermöglicht es, die einzelnen Wärmeströme je nach Bedarf und in gewünschtem Umfang zur Kälte- bzw. zur Wärmeversorgung einzusetzen.
Die Herstellung von Brennstoffzellenanlagen ist heute noch sehr teuer, da sie bislang nur in kleinen Stückzahlen produziert werden. Entsprechend hoch sind daher die Gesamtkosten unseres Projekts, so dass es heute ohne Investitionszuschüsse nicht wirtschaftlich umsetzbar wäre. Um Deutschlands Position als Innovationsmotor auf den Gebieten Brennstoffzelle und Wasserstoff auszubauen, hat das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) gemeinsam mit den Bundesministerien für Wirtschaft und Technologie (BMWi), für Bildung und Forschung (BMBF) und mit dem Umweltministerium (BMU) ein Innovationsprogramm aufgelegt. Mit diesem Nationalen Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie bekräftigt die Bundesregierung ihre Hightech-Strategie und stellt Fördermittel für innovative Projekte wie unseres zur Verfügung, Wir gehen davon aus, dass wir eine Förderung aus dem Nationalen Innovationsprogramm erhalten werden.
