e-XPlore - Transportable Forschungsplattform für SOC-Elektrolyse- und Brennstoffzellenbetrieb unter Druck bis 25 bar
Die transportable Forschungsplattform e-XPlore des Instituts für Technische Thermodynamik des DLR in Stuttgart bietet die Möglichkeit der Untersuchung von SOC-Reaktoren mit mehreren Festoxidzellen-Stacks (SOC) im druckaufgeladenen Elektrolyse- und Brennstoffzellenbetrieb. Dabei sind Betriebsdrücke zwischen 4 und 25 bar einstellbar.
Forschungsaufgaben
The aim is to test and characterise the electrochemical SOC reactors under high-pressure conditions in order to develop operating strategies and to enable low degradation rates and high power and energy densities. The focus is on investigations in electrolysis mode. The hydrogen produced during the electrolysis of water, or the synthesis gas consisting of carbon monoxide and hydrogen generated during the simultaneous electrolysis of water and carbon dioxide (co-electrolysis), can subsequently be further processed in various chemical processes. One example is the Fischer-Tropsch synthesis, which is carried out at approximately 25 bar. The high outlet pressures of the gases produced in high-pressure electrolysis make it possible to supply the coupled processes with reactants efficiently and without additional intermediate steps. By coupling the processes, electrical energy can be converted with high efficiency into easily storable liquid or gaseous chemicals with high energy density.
Der Aufbau der Versuchsumgebung ist durch das DLR mit knapp 3,7 Mio € eigenfinanziert und wurde im Projekt H2Mare: PtX-Wind sowie im Folgeprojekt PtX@Sea mit einer transportablen Synthese des Projektpartners KIT-IMVT gekoppelt.
Betriebsweise
Es können verschiedene Betriebsmodi untersucht werden:
- Elektrolysemodus (SOE) für die Herstellung von Wasserstoff oder Synthesegas aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid mittels elektrischer Energie von bis zu 10 kWel
- Brennstoffzellenmodus (SOFC) für die Stromerzeugung bis 3 kWel
- Reversibler Betrieb (rSOC) z. B. für die Zwischenspeicherung von elektrischer Energie wobei zwischen SOFC- und SOE-Betrieb gewechselt wird
Medienver- und -entsorgung
Auf Brenngasseite stehen H2, CO2, CO, N2 und CH4 zur Verfügung. Die Gasmischung wird vorgeheizt und mit Wasserdampf (bis zu 7,5 kg/h) gemischt. Anschließend wird das Gasgemisch auf Betriebstemperatur erhitzt. Für die Luftzufuhr werden bis zu 30 m³/h gefilterter Umgebungsluft verwendet. Die Aufheizung der Gase auf eine Betriebstemperatur von bis zu 850 °C erfolgt durch mehrere Heizer mit einer gesamten elektrischen Leistung von 15 kW. Um Schwankungen im Druck zu vermeiden sind Pufferbehälter und Druckdifferenzregler verbaut. Die thermische Energie der Produkte wird nicht durch Wärmeübertrager rekuperiert um maximale Flexibilität für den Betrieb und die Simulation von Systembetriebszuständen zu erhalten.
Erweiterte Untersuchungsmöglichkeiten
In-situ-Charakterisierungsmethoden wie die Online-Gasanalyse der Produktgase und zeitlich hochauflösende Spannungsmessungen via Oszilloskop geben einen detaillierten Blick auf die Systemleistung. Mittels PWM-Ansteuerung der Last, können schnelle Lastwechsel realisiert werden.
Projekte
- H2Mare: PtX-Wind (abgeschlossen)
- PtX@Sea (laufend)