Chefnotiz am Montag 01.09.2014

Das Hybrid-Kraftwerk – 70 Prozent Wirkungsgrad

Hybridfahrzeuge sind in der Automobilindustrie sehr gefragt. Angetrieben mit einer Kombination aus Verbrennungs- und Elektromotor sparen sie viel Kraftstoff. Warum das Konzept nicht auf die Energiebranche anwenden?  So dürften die Entwickler des Deutschen Zentrums für Raum- und Luftfahrt (DLR) gedacht haben. Das Ergebnis ist ein „Hybrid-Kraftwerk“. Betrieben mit einer Mikro-Gasturbine und einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle erreicht dieses einen Wirkungsgrad von bis zu 70 Prozent. Zum Vergleich: Herkömmliche Gaskraftwerke kommen auf maximal 38 Prozent.

Um zu verstehen, wie ein Hybrid-Kraftwerk arbeitet, ist es hilfreich, sich Turbine und Brennstoffzelle näher anzuschauen:

Eine Turbine besteht aus mehreren Elementen. Neben der besagten Turbine sind das: Ein Kompressor, eine Brennkammer und ein Generator. Zunächst wird Luft aus der Umgebung angesaugt und im Kompressor verdichtet. Die komprimierte Luft wird zusammen mit einem Energieträger – wie etwa Gas –  in die Brennkammer  geleitet und verbrannt. Dadurch  dehnt sich die Luft wieder aus und entweicht mit hoher Energie aus der Kammer. Diese Energie setzt anschließend die Turbine in Bewegung, welche wiederum den Generator antreibt. Jetzt entsteht Strom. 

Die Funktionsweise einer Brennstoffzelle ist genauso schnell erklärt. Die Zelle besteht aus zwei Kammern mit je einer Anode und einer Kathode. Die Kammern sind  durch eine Membran getrennt, die nur für Protonen durchlässig ist. Zudem sind die beiden Kammern über einen äußeren Stromkreis miteinander verbunden. Der Anode wird Wasserstoff zugeführt, der Kathode Sauerstoff. Der Wasserstoff an der Anode wird in Elektronen und Protonen zerlegt. Die Elektronen fließen über den äußeren  Stromkreis und verrichten elektrische Arbeit. Währenddessen wandern die Protonen durch die Membran. Auf der anderen Seite der Membran, der Kathode, reagieren die Protonen mit dem Sauerstoff und den Elektronen zu Wasser. Dabei wird Wärme freigesetzt. Kurzum: Bei diesem Prozess entstehen sowohl Wärme als auch Elektrizität.

Turbine und Brennstoffzelle werden nun aneinander gekoppelt. Wie gehabt wird der Turbine Luft zugeführt, im Kompressor verdichtet und durch Abwärme vorgeheizt. Diese Luft liefert der Brennstoffzelle Sauerstoff für die Erzeugung von Strom und Wärme. Die Wärme wird in der Brennkammer weiter aufgeheizt.  Anschließend treibt die heiße Luft die  Gasturbine an, die noch mehr Strom produziert. Bevor das Abgas aus der Turbine abgeführt wird, dient es zur Erwärmung der in Schritt Eins zugeführten Luft. Die kleine Gasturbine verhält sich also wie ein Nachbrenner der Brennstoffzelle.

Das Hybrid-Kraftwerk ist nicht nur sehr effizient. Es verfeuert fast jeden Brennstoff, egal ob Wasserstoff, Erdgas, Benzin, Diesel oder Biogas. Und das, ohne Kohlenmonoxid, Ruß oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe abzugeben, so die Experten des DLR gegenüber dem Deutschlandfunk.  Leider ist das DLR noch mitten in der Erforschung. Trotzdem: In Zeiten der russischen Gaskrise macht das Projekt Hoffnung. Aber natürlich auch, weil die Energiewende bis auf weiteres nicht ohne Gaskraftwerke auskommt.