Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Hy-FCnextGen – Emissionsfreie Brennstoffzellen-KWK für Strom, Wärme und Prozessenergie
In Kürze
Hy-FCnextGen qualifiziert eine modulare H₂-Brennstoffzellen-KWK-Anlage bis TRL 7 als emissionsfreie Alternative zu Diesel-Gensets. Auf Basis der G33-Plattform entsteht ein All-in-One-System für Strom, Wärme und H₂-freie, sauerstoffreduzierte Abluft. Unter Realbedingungen werden Erkenntnisse zu Wirkungsgrad, Standzeit und TCO gewonnen.
Das Fraunhofer IPA entwickelt einen Digitalen Zwilling zur zustandsbasierten Diagnose und Lebensdauerprognose, die Universität Bayreuth (Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik) eine Methodik zur Auswahl von Kreislaufstrategien (Repair, Reuse, Remanufacture, Recycle). Die Ergebnisse liefern belastbare Kennzahlen und ebnen den Weg zur industriellen Umsetzung dieser Zero-Emission-Technologie.
Im Detail
Die Dekarbonisierung von Not- und Dauerstromanwendungen erfordert saubere, flexible Stromaggregate. Brennstoffzellen-Gensets bieten hier emissionsfreie, leise und dynamische Versorgung, stoßen jedoch auf zentrale Hürden: begrenzte Lebensdauer der Stacks durch elektrochemische und mechanische Degradation, fehlende belastbare Felddaten zu Standzeiten, Wirkungsgraden und Servicebedarfen sowie hohe CAPEX-Kosten – insbesondere durch Leistungselektronik und Stack – und OPEX-Sensitivität gegenüber Wasserstoffpreis und -verfügbarkeit.
Ziel von Hy-FCnextGen ist die Systemdemonstration einer dezentralen Brennstoffzellen-KWK-Anlage in betriebsnaher Umgebung (TRL 7), die Diesel-Gensets substituiert und zugleich zusätzliche Nutzenergien erschließt. Dazu wird die G33-Plattform zu einer All-in-One-Konfiguration weiterentwickelt, die netzparallel einspeisen, im Inselbetrieb als NEA funktionieren, hohe Anlaufströme im Notstromfall bedienen und als BHKW Wärme auskoppeln kann. Ergänzend besteht die Möglichkeit, konditionierte H₂-freie, sauerstoffreduzierte Abluft für industrielle Prozesse sowie hochreines Wasser zurückzugewinnen.
Die Auswahl robuster, energieeffizienter Komponenten und ein optimiertes Thermo- und Sicherheitskonzept zielen auf Wirkungsgradsteigerung sowie die Senkung von CAPEX und OPEX. Der technische Nachweis erfolgt über einen beschleunigten Prüfstandslauf und einen mehrmonatigen Felddauertest. So entstehen reproduzierbare Kennzahlen zu Wirkungsgrad, Verbrauch, Servicebedarf, Standzeit und TCO.
Das Fraunhofer IPA bringt seine Expertise in Datenaufnahme und -verarbeitung ein, integriert eine modulare Zustandsaufnahme und entwickelt das physikbasierte Simulationsmodell zum Digitalen Zwilling weiter. Dieser ermöglicht Zustandsdiagnose, Wirkungsgradanalyse und RUL-Prognose. Auf Basis der Validierung mittels Prüfstands- und Felddaten werden Betriebsstrategien (On/Off-Grid, NEA, BHKW, Abluftkonditionierung) abgeleitet. Dies unterstützt den Projektpartner Universität Bayreuth – Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik – bei der Entwicklung einer zustandsorientierten Entscheidungsmethodik für Kreislaufstrategien, die Wartungs-, Service- und Repairkonzepte fundiert und Lebenszykluskosten senkt.
Hy-FCnextGen liefert damit eine belastbare Technologiebasis für flexible Anwendungen – etwa in Rechenzentren, Logistik- und Kühllagern, Produktionsbetrieben, kritischen Infrastrukturen sowie für leistungsfähige Ladeinfrastruktur – und trägt zur Akzeptanz und Skalierung emissionsfreier Energiesysteme bei.
Zitat des Kunden
»Die G33 verspricht sich von der wissenschaftlichen Begleitung durch das Fraunhofer IPA und der Universität Bayreuth weitreichende Erkenntnisse darüber, wie wir die Anlage noch effizienter, langlebiger und auch wirtschaftlicher betreiben können. Die ausführlichen Dauertests in der Realanwendung und im Labor, ermöglichen uns die Wechselwirkungen von Parameterveränderungen noch genauer zu verstehen und die Anlage zur Marktreife zu führen.«
Prof. Dr.-Ing. Carsten Bücker, Geschäftsführer 33 Green Energy GmbH