Die Erzeugung erneuerbarer Energie durch Wind-, Photovoltaik- und Wasserkraftwerke kann den Energiebedarf oft nicht zum richtigen Zeitpunkt decken, was zu erheblichen Differenzen in der Energieversorgung führt, die es auszugleichen gilt. Aufgrund des beträchtlichen Anstiegs des weltweiten Energiebedarfs sowie der kontinuierlichen Umstellung von fossiler auf erneuerbare Energieerzeugung werden diese Probleme in Zukunft drastisch zunehmen. Daher besteht ein großer Bedarf an emissionsfreien Umwandlungstechnologien, die grünen Strom in der richtigen Menge, zur richtigen Zeit und am richtigen Ort liefern können um dem Energiesystem die fehlende Flexibilität zu geben.

Mit der Brennstoffzellentechnologie kann H₂ mit einem hohen Wirkungsgrad in Strom umgewandelt werden und gilt daher als eine der Schlüsseltechnologien, die den Übergang zu einer nachhaltigen Wirtschaft erleichtern werden. Brennstoffzellen können nicht nur in mobilen Anwendungen eingesetzt werden, sondern es gibt auch ein großes Potenzial, die Technologie für stationäre Anwendungen zu nutzen. In der Regel nutzen stationäre Brennstoffzellen neben der Stromproduktion auch die Abwärme und werden daher als KWK (Kraft-Wärme-Kopplung) betrieben. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) und Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) sind zwei potenzielle Energieumwandlungstechnologien zur Erzeugung von grünem Strom (und Wärme) aus Wasserstoff. Neben geringeren Emissionen haben sie auch den Vorteil eines leisen und flexiblen Betriebs und ermöglichen die Unabhängigkeit vom Stromnetz. Daher sind sie eine umweltfreundliche Alternative zu fossil betriebenen Verbrennungsmotoren.

Die PEMFC-Technologie ist bereits auf dem Markt verfügbar und ermöglicht einen hochdynamischen und effizienten Betrieb. Dennoch gibt es spezifische Anforderungen zu erfüllen, aber auch Verbesserungsmöglichkeiten für stationäre Anwendungen, insbesondere zur Effizienzsteigerung.

Die SOFC-Technologie arbeitet bei hohen Temperaturen von >650°C und die entstehende Hochtemperaturabwärme kann z.B. für industrielle Anwendungen effektiv genutzt werden. Darüber hinaus ist die SOFC weniger empfindlich gegenüber der H₂-Qualität und kann auch mit verschiedenen Brennstoffen wie z.B. Erdgas betrieben werden. Dennoch befindet sich die Technologie noch in einem frühen Entwicklungsstadium und es sind weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten erforderlich, um die Technologie voranzutreiben.

Um am Markt wettbewerbsfähig zu sein, müssen die Technologien spezifische Anforderungen wie Kostenwettbewerbsfähigkeit, hohe Effizienz, Zuverlässigkeit, Stromqualität und lange Lebensdauer erfüllen. Das Hyfficient-Projekt zielt darauf ab, diese zentralen Forschungsfragen zu beantworten:

• Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads von PEM- und SO-Brennstoffzellen durch Auslegungs- und Betriebsoptimierung mittels Multiparametersimulation und Experimenten mit Zellen, Stacks und Systemen
• Erhöhung der Systemeffizienz durch optimale Nutzung der Abwärmenutzung

• Verbesserung der Industrialisierung der Zell-, Stack- und Systemproduktion zur Kostensenkung

• Untersuchung möglicher Business Cases durch einen systemischen Simulationsansatz

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