Festoxid-Zellstapel für die Demonstration und den Transfer der „Power-to-X“-Wertschöpfungskette

Copyright: *Forschungszentrum Jülich/Nörig*

Die Hochtemperatur-Elektrolyse und Brennstoffzellen auf Basis von Festoxidzellen (SOC) sind dank ihres hohen Wirkungsgrads und ihres Integrationspotenzials in industrielle Prozesse Schlüsseltechnologien für die Sektorkopplung. Die Leistungsfähigkeit der Jülich-H20-Stacks hat sich in Labordemonstratoren vielfach bewährt. Derzeit entstehen in Jülich drei Demonstrationsanlagen für die Power-to-X-Wertschöpfungskette, die auf dieser Technologie basieren. Darüber hinaus bauen Forscher aus Jülich gemeinsam mit regionalen Unternehmen ein Produktionsnetzwerk für SOC-Stacks auf, um den Strukturwandel im Rheinischen Revier voranzutreiben.

Die Hochtemperatur-Elektrolyse und Brennstoffzellen stellen eine Schlüsseltechnologie für die globale Energiewende dar und treiben die Sektorkopplung sowie die Kreislaufwirtschaft im Bereich Kohlenstoff voran. Im Rheinischen Revier bergen sie das Potenzial, den Strukturwandel von der Braunkohle hin zu einer nachhaltigen, klimaneutralen Industrie zu beschleunigen. Das vom Bundesministerium für Forschung, Entwicklung und Raumfahrt geförderte Projekt „PHOENIX – Launch Space Power-to-X“ treibt diesen Wandel voran, indem es drei Demonstrationsanlagen für Power-to-X-Wertschöpfungsketten auf Basis der Festoxid-Brennstoffzellen-Technologie (SOC) entwickelt, um wegweisende, skalierbare nachhaltige Lösungen zu schaffen (www.phoenix-p2x.de).

Diese drei anvisierten SOC-Einsatzgebiete umfassen:
- die „Future-Fuels-Wertschöpfungskette“ zur De-Fossilisierung des Kraftstoffsektors durch Biogasverwertung,
- die „Circular-Base-Chemicals-Wertschöpfungskette“ zur Herstellung von Grundchemikalien aus CO₂-Punktquellen und Industrieabwässern sowie
- die Wertschöpfungskette zur „Dekarbonisierung der Regionalwärme- und Stromversorgung“ mittels reversibler SOC-Technologie.

Als Ergebnis des intensiven Engagements des Forschungszentrums Jülich in der SOC-Forschung seit mehr als drei Jahrzehnten hat sich das für stationäre Anwendungen konzipierte Jülich-H20-Stack-Design in Versuchen auf Mini-Anlagenebene in relevanten Maßstäben mit einer Elektrolyse-Leistungsaufnahme von bis zu 50 kW durch ein robustes thermomechanisches Verhalten, eine hohe Wiederholbarkeit in der Produktion und einen überragenden Systemwirkungsgrad sowohl im Brennstoffzellen- als auch im Elektrolysebetrieb ausgezeichnet. Jeder PHOENIX-Demonstrator nutzt vier H20-Stacks mit insgesamt 320 Zellen von Elcogen.

Parallel zum weltweit steigenden Interesse an der Festoxid-Brennstoffzellentechnologie ist auch die Nachfrage nach H20-Stacks stark gestiegen. Daher wird die Produktion von H20-Stacks derzeit gemeinsam mit regionalen Unternehmen in ein Produktionsnetzwerk (www.soc-stack-production.de) verlagert. Die Partner der „SOC Production Alliance Jülich“ sind die Schiffer Metall- & Vakuumtechnik GmbH für die Fertigung, die Stapelmontage und die Koordination, die EUROMAT GmbH für die Beschichtung funktionaler Keramikschichten, die WZR ceramic solutions GmbH für die Pulverherstellung, Fügewerkstoffe und den Siebdruck von Dichtungsrohfolien sowie die AIXcellSYS GmbH im Technologiepark Herzogenrath für die Stapelverbindung und die Endkontrolle. Auch das Forschungszentrum Jülich ist Teil dieses Netzwerks, ermöglicht den Technologietransfer und leistet wissenschaftliche Unterstützung.

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