Energie für Sonden in tausend Metern Tiefe

Ohne Edelmetall zu effektiven Brennstoffzellen

16.02.2009 - Deutschland

Ein kleines Rostocker Unternehmen hat eine Marktlücke für sich entdeckt. Seit 15 Jahren liefern sie Sonden für Messplätze, die unter Wasser zum Einsatz kommen. Einziger Schwachpunkt: Die Lebensdauer der Lithiumbatterien als Energiegeber auf diesen Messplätzen ist kurz. Manchmal reichen sie ein paar Wochen, manchmal nur ein paar Tage. Damit die Miniaggregate für ihre Messprogramme nicht ständig mit neuen Batterien bestückt werden müssen, tüfteln Rostocker und Greifswalder Wissenschaftler an einer alternativen Energiequelle.

AMT

Brennstoffzellenstack mit 8 Zellen.

Ziel der Forschungsarbeiten von Dr. Volker Brüser ist es, eine PEM-Brennstoffzelle (Proton Exchange Membrane) zu entwickeln, die über einen viel längeren Zeitraum beständig Energie erzeugt.

Seit knapp sechs Jahren ist man im INP Greifswald (Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V.) gemeinsam mit der AMT (Analyse Messtechnik GmbH) und dem LIKAT (Leibniz-Institut für Katalyse e.V.) dieser Energiequelle auf der Spur. Die Brennstoffzelle soll druckfest, langzeitstabil und wartungsarm sein, um an unzugänglichen Orten Energie zu erzeugen. Herkömmliche Brennstoffzellen arbeiten mit Sauerstoff. Für einen Unterwassereinsatz sind schwere Druckflaschen aber ungeeignet - immerhin werden die Messplätze in den Weltmeeren unter Umständen bis zu 6.000 Meter in die Tiefe gelassen. Dr. Andreas Schmuhl, Geschäftsführer der AMT, kennt die Sorgen seiner internationalen Kunden genau. "Wir haben zum Beispiel Sonden nach Japan verkauft, die Methanmessungen am Meeresgrund vornehmen. Es kostet mehrere tausend Euro, diese in die Tiefe gelassenen Prüfstände ständig nach oben zu holen, um neue Lithiumbatterien einzusetzen."

"Man muss übrigens nicht bis nach Japan schauen, um Einsatzgebiete zu benennen", sagt Andreas Schmuhl weiter. "Wenn das Wasser nördlich von Skandinavien in regelmäßigen Messungen bewertet werden soll, ist das schon wegen der Eisdecke im Winter fast unmöglich." Die Lebensdauer einer PEM-Brennstoffzelle könnte, je nach Größe, mindestens ein halbes Jahr betragen.

Im Unterschied zu herkömmlichen Brennstoffzellen, arbeitet das neue Modell mit Wasserstoffperoxid (H2O2). Und eine weitere Besonderheit weist die PEM-Brennstoffzelle auf. Bekanntlich wird Platin als Katalysator für die Kathodenseite verwendet. Das H2O2 ist jedoch in Gegenwart von Edelmetallen wie Platin nicht stabil. Die Lösung der INP- und LIKAT-Wissenschaftler: Sie ersetzen Platin durch eine metallorganische Verbindung, die mit Kohlenstoff vermischt wird.

Diese Mischung kommt für wenige Minuten in einen Reaktor, in dem sich Plasma, ein teilweise ionisiertes Gas, befindet. Nach der Plasmabehandlung haftet der Katalysator besser am Kohlenstoffträger und arbeitet viel effizienter als vorher. Diesen komplizierten Prozess genauer zu verstehen und auszuwerten, daran arbeitet Dr. Brüser.

1,8 Mio. Euro wurden dem Projekt bis Februar 2011 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) zur Verfügung gestellt. Neben dem INP Greifswald und der AMT aus Rostock sind die ATI Küste als Projektkoordinator des Verbundprojektes "Effizienzsteigerung der Meeresforschungstechnik" sowie das Rostocker Leibniz-Institut für Katalyse e.V. (LIKAT), die ENITECH Energietechnik - Elektronik GmbH, Bentwisch, MET Motoren- und Energietechnik GmbH, Rostock, und die TU Berlin an dem Forschungsprojekt beteiligt.

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