und die Leistungsdichte wesentlich be-einflussen.„Nano-Kohlenstoff“ wird in einer röh-renförmig aufgebauten Modifikationaus in sich geschlossenen, verschachtel-ten Graphitschichten eingesetzt. DieseCNFs zeichnen sich durch hohe chemi-sche, elektrochemische und thermischeStabilität aus. Dies trägt vor allem beimBetrieb der Brennstoffzelle über 100 °Czur Erhöhung der Lebensdauer bei.CNFs können ebenso wie herkömm-

liches Elektrodenmaterial mit unter-schiedlichen metallischen Katalysatorenbeschichtet werden (s. Abb.). Dabei füh-ren bereits einfache, stromlose Reduk-tionsverfahren in wässrigem Mediumzu einer Abscheidung von gut haften-den Katalysatorpartikeln mit einemerforderlichen Durchmesser von maxi-mal 10 nm [1, 2].

In diesem Beitrag werden die Vorteiledes Einsatzes von CNFs diskutiert, dieMethoden zur Elektrodenherstellung er-

läutert und die Ergebnisse von Lebens-daueruntersuchungen konventionellerElektroden und von CNF-Elektroden er-örtert.

[1] E. Wallnöfer, W. Baumgartner, T. Schaf-fer, J. O. Besenhard, V. Hacker, ECSTrans. 2006, 1 (6), 491.

[2] V. Hacker, W. Baumgartner, E. Wall-nöfer, T. Schaffer, J. O. Besenhard,ECS Trans. 2006, 3 (1), 295.

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Analyse der Elektrodenpotenziale einer Wasserstoff-Sauerstoff BrennstoffzelleP. Parz1), Dr. W. R. Baumgartner1) (E-Mail: wolfgang.baumgartner@tugraz.at), Dr. V. Hacker1)

1)Technische Universität Graz – CD-Labor für Brennstoffzellensysteme, Institut für Chemische Technologie anorganischer Stoffe,Steyrergasse 21/1, A-8010 Graz

DOI: 10.1002/cite.200750232

Zur Verbesserung der Leistungsfähigkeitund zur Erhöhung der Lebensdauer vonPolymer-Elektrolytmembran-Brennstoff-zellen (PEM-BZ) ist es notwendig, dielokalen Elektrodenreaktionen zu cha-rakterisieren. Dazu werden die Auswir-kungen der Einzelreaktionen an derAnode und an der Kathode auf die Ge-samtleistung der Brennstoffzelle analy-siert.

Die Integration von Referenzelektro-den in das Zelldesign ermöglicht dieMessung in Bezug auf das ionische Po-tenzial der Elektrolytmembran (s. Abb.).Die Elektrodenpotenziale werden auf dasstabile Potenzial der Referenzelektrodebezogen und mit der Gesamtzellspan-nung verglichen. Somit ist es möglich,die Einzelpotenziale und die Überspan-nungen der Elektroden zu bestimmen,

um ihre Leistungsfähigkeit in Abhängig-keit der Betriebsparameter bzw. der Elek-trodenstruktur zu verifizieren.

Brennstoffzellen ohne integrierte Re-ferenzelektroden ermöglichen lediglichdie Messung der Differenzspannungzwischen Anode und Kathode. Somit istes nicht möglich, die absoluten Elektro-denpotenziale zu messen. Da jedoch beikritischen Betriebsbedingungen hoheelektrochemische Potenziale an denElektroden zu Kohlenstoffkorrosion füh-ren, ist es zur Erreichung hoher Lebens-dauern notwendig, diese zu definierenund zu verhindern.

Während des Betriebs der Brenn-stoffzelle kommt es immer wieder zulokalen Störungen. Permeierender Sau-erstoff und Stickstoff sowie Wasseran-reicherungen erzeugen an der Anode

kritische Bereiche die wiederum zuhohen lokalen Anoden- und Kathoden-potenzialen führen. Diese Effekte wer-den durch die Experimente analysiertund Gegenmaßnahmen zur Lebensdau-erverlängerung werden präsentiert.

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Techno-ökonomische und ökologische Bewertung vonCo-VergärungsanlagenDipl.-Geoökol. M. Koch1) (E-Mail: matthias.koch@wiwi.uni-karlsruhe.de), PD Dr. U. Karl1), Prof. Dr. O. Rentz1)

1)Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung, Universität Karlsruhe (TH), Hertzstraße 16, D-76187 Karlsruhe

DOI: 10.1002/cite.200750256

Unter Co-Vergärung versteht man dieanaerobe mikrobiologische Umsetzungverschiedener organischer Substrate mitdem Ziel der Biogasgewinnung. In land-wirtschaftlichen Co-Vergärungsanlagenwird meist Gülle zusammen mitnachwachsenden Rohstoffen vergoren,

während in abfallwirtschaftlichen Co-Vergärungsanlagen unterschiedliche or-ganische Reststoffe behandelt werdenkönnen.

In diesem Beitrag werden die Vergä-rung von Maissilage auf Güllebasis so-wie die gemeinsame Vergärung von Bio-

abfall und Klärschlamm dargestellt. DieProzessketten sind als Stoff- und Ener-giestromnetz mit Hilfe der Ökobilanzie-rungssoftware Umberto abgebildet undmit einem exemplarischen Substratge-misch berechnet. Aus den resultieren-den Stoff- und Energiebilanzen werden

Abbildung. PEM-Brennstoffzelle mit inte-grierter Referenzelektrode.

1346 Chemie Ingenieur Technik 2007, 79, No. 9Energie und Klima

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Indikatoren für die Umweltauswirkun-gen abgeleitet und die Verfahrenskostenbestimmt.

Beim landwirtschaftlichen Anlagen-typ dominieren sowohl die Kosten alsauch die Umweltauswirkungen vondem Anbau der nachwachsenden Roh-stoffe. Insbesondere die Lachgasemis-sionen bestimmen diesen Einfluss. Derabfallwirtschaftliche Anlagentyp weistdemzufolge geringere Umweltauswir-kungen auf. Die Höhe der Entsorgungs-erlöse und die investitionsabhängigenKosten stellen hier die dominierendenökonomischen Größen dar.

Die Biogasaufbereitung zu Biome-than mit anschließender Strom- undWärmeerzeugung in einem Blockheiz-kraftwerk (BHKW) führt aufgrund derWärmegutschriften im Vergleich zur de-zentralen Stromerzeugung ohne Wär-menutzung zu einer Verringerung derUmweltauswirkungen (s. Abb.). DieseOption ist allerdings aufgrund der zu-sätzlichen Aufbereitungskosten an

einen relativ hohen Substratdurchsatzgebunden (1 MW el BHKW-Leistung).Die dezentrale Biogasverstromung istinsbesondere bei vorhandener Wärme-

nutzung schon für Anlagen ab 250 kW elwirtschaftlich darstellbar.

Abbildung. Umweltauswirkungen unterschiedlicher Prozessketten zur Co-Vergärung.

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Modeling of Mass and Heat Transport, HeterogeneousReactions, and Electrochemistry in a Solid-Oxide Fuel CellDr. V. M. Janardhanan1), Prof. Dr. O. Deutschmann1) (E-Mail: deutschmann@ict.uni-karlsruhe.de)1)Institut für Technische Chemie und Polymerchemie, Universität Karlsruhe (TH), Kaiserstraße 12, D-76128 Karlsruhe

DOI: 10.1002/cite.200750388

The work focuses on modeling and nu-merical simulation of physico-chemicalprocesses in an internally reforming So-lid-Oxide Fuel Cell (SOFC). The refor-ming chemistry in the catalytically activeNi/YSZ anode is modelled by an ele-mentary step heterogeneous reactionmechanism [1]. The electrochemistrymodel applies a modified Butler-Volmerformulation based on charge transferchemistry assuming hydrogen as the on-ly electrochemically active species [2].The chemical processes are coupled withmodels for the flow field in the fuel andair channels and for molecular andKnudson diffusion (Dusty Gas Model)in the porous electrode structures aswell as heat transport in the entire sin-gle cell structure. The simulation pre-dicts locally resolved profiles of currentdensity, gas phase composition, surfacecoverage on the catalyst material, and

temperature in several cell configurati-ons.

First, simulations are carried out forhumidified methane fuel in a button cellconfiguration. Second, a single cell is si-mulated using the parameters fittedfrom the button cell experiments. Under

isothermal conditions the current densi-ty is found to peak near the fuel channelinlet and fall along the reactor length.However, this behaviour is predicted tobe quite different for an adiabatic case.The current density peak occurs furtherdown the channel due to the drop intemperature at the reactor.

The simulation approach based onphysical and chemical processes on themolecular level assists in SOFC designand optimization of the operating para-meters, e.g., an optimal anode thicknessis predicted in this study.

[1] E. S. Hecht, G. K. Gupta, H. Zhu, A. M.Dean, R. J. Kee, L. Maier, O. Deutsch-mann, Appl. Catal. A 2005, 295, 40.

[2] H. Zhu, R. J. Kee, V. M. Janardhanan,O. Deutschmann, D. G. Goodwin, J.Electrochemical Society 2005, 152, A2427.Figure. Sketch of an anode-supported SOFC

with internal reforming of the hydrocarbon(HC) fuel [1].

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