De brandstofcel levert schone energie in de vorm van warmte en stroom en dat bij een hoog rendement. De bekendste vorm is de polymeer brandstofcel, die werkt met zuivere waterstof en zuurstof uit de lucht. Het kan ook anders. Het onderzoekscentrum Jülich is bezig met de vaste oxide of hoge temperatuur brandstofcel, waarmee brandstof zoals diesel, benzine of methanol is te gebruiken. ThyssenKrupp VDM, binnen ThyssenKrupp Stainless AG actief met hoogwaardige grondstoffen vervaardigt de belangrijkste grondstoffen voor deze brandstofceltechnologie van de toekomst.
Een elementair verschil tussen de beide typen brandstofcellen ligt in de bedrijfstemperatuur. De polymeerbrandstofcel bereikt een temperatuur van 80°C tot 100°C, bij de zogenaamde SOFC brandstofcel stijgt die tot 900°C. Hierbij wordt het benodigde waterstofrijke gas bij hoge temperatuur uit de brandstof gewonnen.
De omstandigheden binnen de brandstofcel vereisen speciale materialen. Voor de werking van de cel levert ThyssenKrupp VDM het ferrietisch chroomstaal Crofer 22 APU (Auxilary Power Unit). ThyssenKrupp VDM optimaliseerde de samenstelling van de legering in het kader van het onderzoeksprogramma ‘Zeus II’ in samenwerking met het onderzoekscentrum Jülich. Bij dit project, ondersteund door het Duitse ministerie van Onderwijs, waren ook BMW, Liebherr en EhrlingKlinger betrokken.
Een brandstofcelstapel kan uit wel 60 brandstofcellen bestaan. ThyssenKrupp VDM produceert voor de tussenplaten het ferrietisch choomstaal Crofer 22 APU.
Eigenschappen
In de brandstofcel wordt het materiaal voor de zogenaamde interconnectoren gebruikt. Deze tussenplaten van staal verbinden de aparte cellen tot een krachtige brandstofcelstapel. De lijst van eisen voor dit materiaal van dit onderdeel is lang: het moet binnen de brandstofcel elektrisch geleidend zijn, bestand tegen corrosie, mechanisch stabiel en belastbaar. Ook moet het gemakkelijk zijn te bewerken en geen negatieve invloed hebben op de cel zelf. Crofer 22 APU is aangepast aan deze eisen. Een ander voordeel van het materiaal is de uitzettingscoëfficiënt, die overeenkomt met die van het keramiek dat voor de cellen wordt gebruikt.
Hierdoor ontstaan tussen de beide materialen geen mechanische spanningen die het keramiek kunnen beschadigen. Belangrijk voor brede inzetbaarheid van de brandstofcellen is bovendien de prijs van het materiaal. Crofer 22 APU is in vergelijking met andere bruikbare materialen goedkoper. De partners in het project moeten de levering van het materiaal en daarmee de productie van brandstofcellen gunstig maken. Het gaat niet alleen om de reductie van de systeemkosten.
Vooruitzichten
De actuele ontwikkelingen zorgen voor een toenemende vraag naar geschikte materialen voor de inwendige verbindingsplaten. Van de eerste charge van 100 kg zit ThyssenKrupp VDM inmiddels in de tonnen. De vraag is de laatste twee jaar verveelvoudigd. Crofer 22 APU is overigens niet het enige door ThyssenKrupp geproduceerde materiaal, dat in de SOFC- brandstofcel wordt verwerkt. Hoge temperatuur nikkellegeringen spelen een rol in andere delen van de SOFC-brandstofcel, zoals de warmtewisselaar, omvormer en de bipolaire platen.
De brandstofcellen zullen naar verwachting veel toegepast gaan worden als hulpaggregaat, van stationaire toepassing in gebouwen, kleine en blokverwarmingsunits tot aan mobiele inzet in auto’s, schepen en onderzeeboten. Voor demonstratiedoeleinden word de SOFC- brandstofcel al gebruikt voor energieopwekking in huis en mobiele stroomvoorziening aan boord. BMW beproeft de brandstofcel als motoronafhankelijke stroomvoorziening in auto’s. Kleine decentrale krachtcentrales zijn in opmars: ze hebben een hoog rendement, leveren warmte en elektrische energie bij een onschadelijke uitstoot. Het voordeel van deze technologie ligt voor de hand: een dekkende infrastructuur voor waterstof bestaat voorlopig nog niet. Gewone brandstoffen zijn overal verkrijgbaar.
