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 DODalfranz@lsinc.bizhttp://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