Hei­zun­gen effi­zi­ent und zukunftsfähig

Brenn­stoff­zel­len-Dich­tungs­werk­stof­fe müs­sen viel­fäl­ti­ge Anfor­de­run­gen erfül­len und benö­ti­gen beson­de­re Werk­stof­fe. Brenn­stoff­zel­len sind nicht nur ein hei­ßes The­ma, sie geben im Betrieb tat­säch­lich auch Wär­me ab. Die lässt sich beim Hei­zen intel­li­gent nut­zen. Für die Sicher­heit und einen hohen Wir­kungs­grad der Brenn­stoff­zel­le sor­gen dabei leis­tungs­fä­hi­ge Dichtungswerkstoffe.

Wie kön­nen wir künf­tig nach­hal­tig und umwelt­freund­lich hei­zen? Die Bun­des­re­gie­rung hat sich zum Ziel gesetzt, die Treib­haus­gas­emis­sio­nen von Gebäu­den bis zum Jahr 2030 um zwei Drit­tel im Ver­gleich zu 1990 zu sen­ken. Dazu sind unter ande­rem Hei­zun­gen mit ande­ren Brenn­stof­fen als Öl und Erd­gas notwendig.

Hier kommt die Brenn­stoff­zel­le ins Spiel: Sie erzeugt in einer che­mi­schen Reak­ti­on aus Was­ser­stoff (H2) und Sauer­stoff (O2) Strom, Wär­me und Was­ser. Im Gegen­satz zum Brenn­stoff­zel­len-Fahr­zeug benö­tigt man sowohl Strom als auch Wär­me im Haus – das stei­gert den Wir­kungs­grad die­ser Tech­no­lo­gie signi­fi­kant. Der Auf­bau einer adäqua­ten Was­ser­stoff­in­fra­struk­tur hat zwar noch Ent­wick­lungs­po­ten­zi­al, rückt aber immer stär­ker in den Fokus, um auch über die­sen Weg unab­hän­gi­ger von fos­si­len Brenn­stof­fen zu wer­den. Für den Über­gang besteht den­noch die Mög­lich­keit, Brenn­stoff­zel­len zu nut­zen, die sich mit Erd­gas betrei­ben lassen.

Unab­hän­gig vom Brenn­stoff gilt aber: Das kom­plet­te Heiz­sys­tem muss gut abge­dich­tet sein, es darf kein Gas ent­wei­chen. Denn sowohl Was­ser­stoff als auch Erd­gas kön­nen zusam­men mit dem Luft­sauer­stoff ein explo­si­ves Gemisch bil­den. Da Was­ser­stoff­mo­le­kü­le extrem klein sind, ist es ent­spre­chend schwie­rig, Zulei­tun­gen, Hei­zung und Aggre­ga­te wirk­sam abzu­dich­ten. Zugleich steigt mit hoch­leis­tungs­fä­hi­gen Dich­tun­gen inner­halb der Brenn­stoff­zel­le nicht nur die Sicher­heit, son­dern auch der Wirkungsgrad.

Die Dich­tun­gen fin­den sich in ver­schie­de­nen Berei­chen der Brenn­stoff­zel­len. Sie kom­men zum Ein­satz zwi­schen den Stacks, den ein­zel­nen Zel­len, um ein Aus­tre­ten der Brenn­ga­se und des Elek­tro­ly­ten zu ver­mei­den. Zudem schir­men die­se Dich­tun­gen die Bipo­lar­plat­ten, die den erzeug­ten Strom lei­ten, gegen­ein­an­der ab und ver­hin­dern so einen Kurz­schluss. Außer­dem dich­ten sie auch die Zulei­tun­gen ab, in denen die Gase Was­ser­stoff und Sauer­stoff trans­por­tiert werden.

An Stacks und Zulei­tun­gen wird nicht unbe­dingt der glei­che Dicht­werk­stoff ein­ge­setzt: Um die Bipo­lar­plat­ten elek­trisch von­ein­an­der zu tren­nen, ist als Dicht­werk­stoff ein guter Iso­la­tor gefragt. Umge­kehrt kann bei den Zulei­tun­gen ein elek­trisch leit­fä­hi­ges Dich­tungs­ma­te­ri­al gefor­dert sein, um Strom abflie­ßen zu las­sen. Damit wird ver­hin­dert, dass sich das Bau­teil elek­trisch auflädt.

Auch der Elek­tro­lyt im Inne­ren der Stacks, der meist flüs­sig ist, muss abge­dich­tet wer­den. Oft han­delt es sich um ein her­aus­for­dern­des Medi­um, wie star­ke Lau­gen bei der alka­li­schen Brenn­stoff­zel­le, das die Dich­tun­gen angrei­fen kann. Außer­dem muss der Dicht­werk­stoff bestän­dig gegen­über den Gasen Was­ser­stoff und Sauer­stoff sein. Hin­zu kom­men bei eini­gen Brenn­stoff­zel­len-Vari­an­ten hohe Tem­pe­ra­tu­ren von mehr als 500 Grad Cel­si­us, denen das Dich­tungs­ma­te­ri­al stand­hal­ten muss. Auch die Lebens­dau­er der Werk­stof­fe soll­te hoch sein, um die Brenn­stoff­zel­le war­tungs­arm und lan­ge lauf­fä­hig zu halten.

Als Dicht­werk­stof­fe, die sich beson­ders für Brenn­stoff­zel­len eig­nen, bie­tet Frenz­elit zum einen die nova­press-Pro­duk­te (Elas­to­mer-gebun­de­ne Dich­tungs­ma­te­ria­li­en auf Basis von Ara­mid­fa­sern und spe­zi­el­len Funk­ti­ons­füll­stof­fen) an. Sie errei­chen ein bis zu 10.000 mal bes­se­res Lecka­ge­ni­veau als ver­gleich­ba­re Stan­dard­dich­tun­gen. Eine wei­te­re Pro­dukt­fa­mi­lie ist die nova­mi­ca-Rei­he (aus Phlo­go­pit-Glim­mer), die auf­grund ihrer Tem­pe­ra­tur­be­stän­dig­keit bei Hoch­tem­pe­ra­tur-Brenn­stoff­zel­len zum Ein­satz kom­men kann.