Die Forschungsumgebung GALACTICA des Instituts für Technische Thermodynamik des DLR in Stuttgart bietet die Möglichkeit der Untersuchung von Reaktoren mit mehreren Festoxidzellen-Stacks (SOC). Der Aufbau der Anlage erlaubt die Anpassung an Reaktoren unterschiedlicher Hersteller, die Variation der Gaszusammensetzungen sowie einen weiten Betriebsbereich der Temperatur.
An GALACTICA wird das stationäre und dynamische Verhalten von SOC-Reaktoren untersucht. Diese können sowohl im Elektrolyse- (SOE) als auch im Brennstoffzellenmodus (SOFC) betrieben werden, wobei eine Variation der Brenngase durchgeführt werden kann. Für den SOFC-Betrieb lassen sich auch Reformergaszusammensetzungen aus Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid einstellen. Im SOE-Betrieb lässt sich im Gegensatz zu anderen Elektrolyse-Technologien, nicht nur Wasserdampf zu Wasserstoff umwandeln, sondern auch Gasmischungen aus Wasserdampf und Kohlendioxid zu Synthesegas (Wasserstoff und Kohlenmonoxid). Aus den Betriebsuntersuchungen werden Strategien und Konzepte abgeleitet, die einen sicheren und alterungsarmen Betrieb dieser SOC-Reaktoren ermöglichen. Die Ergebnisse lassen auch Rückschlüsse auf das Verhalten im größeren verfahrenstechnischen Systemkontext zu. Für die Reaktor- und Systemmodelle der Simulationsumgebungen TEMPEST und CELESTE liefern die realen Versuchsdaten der Experimente an GALACTICA wichtige Parametrisierungsdaten.
Eine kürzlich begonnene Erweiterung der Versuchsumgebung um ein Batteriemodul soll zur Demonstration eines Hybdridsystems aus SOFC und Batterie genutzt werden (Maritimer Antriebsstrang). Die komplexe Kopplung der Lade- und Entladestrategien sowie die Entwicklung von Regelstrategien zur sicheren Energieversorgung durch eine solche SOFC-Batterie-Einheit, ermöglichen die anwendungsnahe Systemforschung.Betriebsweise
Betriebsweise
Es können verschiedene Betriebsmodi untersucht werden:
Brennstoffzellenmodus (SOFC) für die Stromerzeugung bis 40 kWel
Elektrolysemodus (SOE) für die Herstellung von Wasserstoff oder Synthesegas aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid mittels elektrischer Energie von bis zu 120 kWel
Reversibler Betrieb (rSOC) z. B. für die Zwischenspeicherung von elektrischer in Form von chemischer Energie, wobei zwischen SOFC- und SOEC-Betrieb gewechselt wird
Medienver- & -entsorgung
Auf Brenngasseite stehen H2, CO2, CO, N2 und CH4 sowie H2O(g) (bis 28 kg/h) zur Verfügung. Zwei Luftkompressoren regulieren den Luftstrom auf bis zu 360 m3/h. Jeweils zwei elektrische Heizer mit einer Leistung von insgesamt 156 kW sorgen für die Erhitzung von Prozessgas und Luftstrom auf Betriebstemperaturen des SOC-Reaktors von bis zu 850 °C.
GALACTICA Testumgebung
In der GALACTICA-Testanlage des DLR werden NAUTILUS-Experimente mit einem SOFC-Batterie-Hybridaggregat durchgeführt. GALACTICA bietet SOC-Systemtestfunktionen im Brennstoffzellenmodus (bis zu 40 kWe) und im Elektrolysemodus (bis zu 120 kWe).
In-situ-Charakterisierungsmethoden wie die Online-Gasanalyse der Produktgase und die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) ermöglichen einen detaillierten Blick auf die Systemleistung sowie auf die Identifizierung und Quantifizierung der Zell- und Reaktorwiderstände auf Reaktorebene.
