wolfgang winkler internationale entwicklungen in der brennstoffzellentechnologie tutech stammtisch...
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Wolfgang Winkler
Internationale Entwicklungen in der Brennstoffzellentechnologie
TUTech StammtischHamburg-Harburg, den 22.September 2005
Hamburg Universityof Applied Sciences
Fuel Cell Laboratory
1. Regionen 2. Strategien und Roadmaps 3. F+E Programme 4. Technologischer Stand 5. Resume
1.1. RegionenRegionen 2. Strategien und Roadmaps 3. F+E Programme 4. Technologischer Stand 5. Resume
Warum Brennstoffzelle ?
Neues ProduktGeschäftsfeld
Brennstoffzelleermöglicht:
EnergieeffizienzVolkswirtschaft
Wenig CO2
Klimaschutz
Umsetzung versus Politik
Neues ProduktGeschäftsfeld
EnergieeffizienzVolkswirtschaft
Wenig CO2
Klimaschutz
=Spezifikation
Realisierung
KonstruktionProduktionWertschöpfungArbeitsplätze
SchutzfunktionInvestitionSicherheitKostenersparnis
SchutzfunktionInvestitionlangfrist. HoffnungWirtsch. Verluste
2000 2001 2002 2003
D EU USA J
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
€/K
opf
Quelle: Marc Weider, André Metzner, Stephan Rammler
Entwicklung der Fördermittel pro Kopf
1. Regionen 2.2. Strategien und RoadmapsStrategien und Roadmaps 3. F+E Programme 4. Technologischer Stand 5. Resume
Effizienz und Reversibilität
Effizienz
Energiewandler Fahrzeugsystem
Reversible Struktur
Irrev. VerlusteEnergiebedarf
Bordstromerzeugung (APU) Elektr. Antriebsystem
„All-electric“ Verkehrssysteme
Brennstoffzelle„All-electric-system“
APU Antrieb
Industrie
residential
Multi Use Strategie
APU
FC(H)V
BZ Heizg.
BHKW
Mikro BZ
BZ-GT
Kohleanlagen
BZ Produktlinien
Bordstrom
2000 2005 2010 2015 2020
Abschätzung zur Markteinführung
U.S. Märkte für SOFC - 26 GW/a bis 2011
Range
(kW)Units per
yearSize
(kW)
Total
(GW/yr)
Remote Generators 0.5-10 30,000 10.0 0.30
Telecommunications 2-10 30,000 10.0 0.30
DG Commercial <100 165,000 50.0 8.22
DG Residential 2-15 1,520,000 10.0 15.20
Back-up Power <50 80,000 6.0 0.48
SPA (appliances) 0.5 160,000 0.5 0.08
APUs 5-15 121,000 10.0 1.20
Grand Total by 2011 25.78
Quelle: Mark Williams DOE
1. Regionen 2. Strategien und Roadmaps 3.3. F+E ProgrammeF+E Programme 4. Technologischer Stand 5. Resume
Quelle: Toyota
Marktvorbereitung über Hybridsystem
Hybridstrategie
NASA Konzeption
Quelle : NASA
“Dual use” Produktentwicklung
Electric ShipElectric Ship
All Electric Combat Vehicle (AECV)
All Electric Combat Vehicle (AECV)
Quelle: DARPA/MTO
More Electric AircraftMore Electric Aircraft
Dual Use Strategie
Quelle: DARPA/MTO
Elektr. Speicher Leistungselektronik
el.Leistung[kW]
Industrieller Entwickler SOFCBauform
Einsatzgebiet Anmerkung
20 Hitachi Corporation, TO-TO Ltd., Kyushu ElectricPower Co., Inc.
tubular BHKW Vertikale Streifen
200 MHI, Chubu Electric Po-wer Co., Inc
planar BHKW MOLB
10 The Kansai Electric Po-wer Co., Inc., MitsubishiMaterial Corporation
planar BHKW Lanthan-Gallat Zellefür T > 800 °C me-tall. Interconnector
10 Nippon Steel Corporation,Acumentrics Corporation,Japan
tubular BHKW tubulares Anoden-substrat-Konzeptohne Interconnector
350 MHI tubular SOFC-GT Horizontale Streifenn.a. CRIEPI (Central Rese-
arch Institute of PowerIndustry), AIST (Nat. Inst.of Advanced IndustrialScience and Technology)
n.a. n.a. Entwickl. von Eva-luationstechnologiefür SOFC Betriebvon SOFC Systemen
NEDO geförderte SOFC Projekte
SECA geförderte SOFC Projekteel.Leistung [kW]
Industrieller Ent-wickler
SOFCBauform
Einsatzgebiet Anmerkung
7 – 103 – 10
Siemens Westing-house
tubular BHKWAPU
einseitig geschlossene tu-bulare Zelle dichtungsfreierGeneratoraufbau (stack)
5 Delphi planar APU Anodensubstrat-Konzept mitstapelbaren Metallkasetten
3 – 10 GE Hybrid Power Ge-neration
planar Mehrzweckanw.Ergas/Diesel u.andere Kohlen-wasserstoffe
Dünnschicht Elektrolyt Zelle(GE HPGS TapecalenderingProcess) Dünnblech metalli-sche Interconnectoren
3 - 12 Cummins Power Ge-neration (CPG) andMcDermottTechnology, Inc.
planar Mehrzweckanw.Liquid Propane(LP)
Mehrschicht Keramikaufbau(MLC)
10 Acumentrics tubular Mehrzweckanw.Ergas/Diesel u.andere Kohlen-wasserstoffe 10kW Modul
Anodensubstrat tubulareSOFC
3-10 Fuel Cell Energy Ltd. planar Mehrzweck-anw.Ergas/Dieselu. andere Koh-lenwasserstoffe
Dünnblech metallische Inter-connectoren
0
1
2
3
4
An
z. P
roje
kte
SECA NEDO
planar
tubular
n.a.
Entwickelte SOFC Architektur
Micro SOFC Entwicklungen IEntwickler Region Typ Grösse AnmerkungenAdelan EU(UK) tubular d ~2mm Erste Entwicklung weltweit, Elektrolyt-
gestütztes Konzept mit Extrusion er-zeugt; Start-up- Hochschulforschunghttp://www.adelan.co.uk/company.htm
AIST JAPAN tubular d ~ 0,8mm
Sol-gel Methode bei Raumtemperatur,Ce0.9Gd0.1O2; F+Ehttp://www.aist.go.jp/aist_e/search/search.htmlhttp://www2.electrochem.org/cgi-bin/abs?mtg=206&abs=0480&type=pdf
Alberta ResearchCouncil Inc.
CAN tubular d ~2mm Electrophorese; Hochschulforschunghttp://www.arc.ab.ca/manu/Micro_sofc.asp
Allps EU (A) tubular n.a. Industrielle Forschunghttp://www.alpps.at/en/brennsys.html
Korea Institute of En-ergy Research
Korea tubular n.a. Anodengestützes Konzept, F+Ehttp://www.kier. re.kr/english/project/renew2.htmlhttp://www2.electrochem.org/cgi-bin/abs?mtg=206&abs=1695
Micro SOFC Entwicklungen IIEntwickler Region Typ Grösse AnmerkungenITN Energy Systems,Inc.; Sister company:Ascent Power Systems,Inc.
USA planar D ~ 35mm
"thermisches Spritzen" für Schichtauf-bau, F+Ehttp://www.itnes.com/http://www.ascentpower.com/
Microcell;Partners:Lilliputian,NexTechMaterials
USA tubular d ~0,3 –1,0 mm
1 – 5 kW militärisches System 1. Ziel,hohe Förderung durch US [email protected]://www.mtimicrofuelcells.com/http://www.nextechmaterials.com/
Nanodynamics USA tubular n.a. System verfügbar: 50 W, 12 V DChttp://www.nanodynamics.biz/pdf/nano_pages.pdf
TOTO Japan tubular d~5mmL~110mm
ATIP SCOOP™ Technology: Fuel Cell,Energy, Topic: TOTO, Country: Japan.27 July 2004
University of Connecti-cut, USA
USA tubular n.a. Extrusion, Verbindung zu Acumentrics;Hochschulforschunghttp://www.ctfuelcell.uconn.edu/
Mesoscopic Device,USA
USA planar n.a 75 W für mil. Anwendung für reinesKerosin, LPG verfügbar, z.Zt. Entw.Entschwefelung, DOD Förderung, start-uphttp://www.mesoscopic.com/index.htm
0
2
4
6
8
10
Anz
. P
roje
kte
planar
tubular
Entwickelte Mikro SOFC Architektur
0
2
4
6
Anz
. Pro
jekt
e
EUUSJapanKanadaKorea
Regional Verteilung von Mikro SOFC
Technologieanteile auf FCEXPO 2005
0
10
20
30
40
50
60
%
PEFC DMFC SOFC MCFC0
5
10
15
20
25
30
35
40
%
PEFC DMFC SOFC MCFC
Ausstellung Konferenz
PEFC DMFC SOFC MCFC PEFC DMFC SOFC MCFC
1. Regionen 2. Strategien und Roadmaps 3. F+E Programme 4.4. Technologischer StandTechnologischer Stand 5. Resume
http://www.pefc.net/plaza_01_e.html
JGA Versuchsfeld für PEFC Heizgeräte
Mitsubishi Material Entwicklung
1kW 3kW
10 kW
1 kW unit press release 12/2003
(150×25×3 mm)
Pel kW 1Cell T °C 780Cell type flat tubelifetime proven h acc. 40000el. efficiency % gr. DC 54Power dens. syst. kW/ltr 0,022 (incl.HEX)Power density stack kW/ltr 0,44Year market introduction 2005Market price Y/kW <1200000
5 kW unit press release 04/2004
Multi Use Strategie
Entwicklung einer 5 kW APU
Quelle : Delphi
Microsysteme
Hitachi DMFC
Nanodynamics SOFC
PEFC System mit Kerosinreformer
http://www.ihi.co.jp/ihi/ihitopics/enterprise/0304-0403-land-e.html
THE LATEST FUEL CELL NEWS IN JAPAN, 2005:
1. Daiichi Kigenso Kagakukogyo Co.”The company will construct a new factory for productionof fine ceramics and zirconium compounds for SOFC in an industrial complex (Technoport Fukui) in Fukui City. The investment amounts to 4 billion yen, and the production ability will be about 2,500 ton. The production will be started in fall of 2007. The company has production technology of SOFC electrolyte materials, such as YSZ and ScSZ, and the company has intention to expand its business to large fields including electrodes. “
1. Regionen 2. Strategien und Roadmaps 3. F+E Programme 4. Technologischer Stand 5.5. ResumeResume
MechatronischesSystem
„reversibel“
Industrieller Strukturwandel und Reversibilität
Industrieller Strukturwandel
Heute Morgen
Mechanisches System
„irreversibel“
Änderungen der Produktionsstruktur
engi
ne
fuel
cel
lQuelle: VDMA
heute zukünftig
%
0
20
40
60
80
100
VKM-klassisch BZ-hybrid
elektron.
elektrisch
powergen
AbgasGetriebeKühlung
Kraftstoff
elektrische oder elektronische
Teile
mechanischeTeile
Mot
or
BZ
stationäremaritime
mobile AnwendungMÖGLICH
Kostensenkung
Ans
tieg
Pro
dukt
ions
men
ge
Luftfahrt-anwendung
Luftfahrtentwicklung Leitprojekt
Aircraft-derived Strategie