IGFC-Hybridkraftwerk

Das IGFC-Hybridkraftwerk ist eine Verknüpfung des IGCC-Kraftwerks mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen vom Typ MCFC oder SOFC, auch als Integrated Gasification Fuel Cell combined cycle bezeichnet. Das IGFC-Hybridkraftwerk ist eine der langfristigen Visionen bei der Weiterentwicklung der Kohle-Kombikraftwerk Technologie.

Das IGFC-Konzept besitzt ein erhebliches Wirkungsgradpotenzial und stellt eine weitere Möglichkeit der CO₂-Abscheidung beim Pre-Combustion-Verfahren dar.

Für ein IGFC-Hybridkraftwerk sind verschiedene Ausführungsvarianten denkbar. Die Varianten betreffen u. a. die Rückgewinnung der unverbrannten Bestandteile des Anodenabgases der Brennstoffzelle.

Die Ausführungsvariante mit Rückgewinnung des Restbrennstoffs mittels H2-Membranen wird nachfolgend kurz beschrieben:

Das aus dem IGCC-Kraftwerk stammende Synthesegas wird der Anodenseite einer SOFC-Brennstoffzelle zugeführt.
In der SOFC wird ein Großteil der in den brennbaren Synthesegas-Bestandteilen gespeicherten chemischen Energie in Elektroenergie und Wärme umgewandelt.
Da nicht der gesamte Brennstoff reagiert, besteht das Anodenabgas neben Wasserdampf und CO₂ auch aus unverbranntem CO und H₂.
Ein Teil des Anodenabgases wird als Vergasungsmittel in den Vergaser zurückgeführt.
Der andere Teil des Anodenabgases wird einem CO-Shiftreaktor zugeführt, um das CO in H₂ und CO₂ umzuwandeln.
Dieses reformierte Anodenabgas enthält als brennbaren Bestandteil nur noch Wasserstoff, der in einer nachgeschalteten H₂-Membran abgeschieden werden kann.
Die H₂-Membran wird im Gegenstrom mit Wasserdampf gespült, der anschließend wieder auskondensiert wird.
Der übrigbleibende fast reine Wasserstoff wird dem Synthesegasstrom zugegeben.
Hinter der H₂-Membran besteht das Anodenabgas nur noch aus Wasserdampf, CO₂ und geringen Anteilen anderer nicht kondensierbarer Gase.
Der Wasserdampf wird durch Entspannen und Abkühlen des Anodenabgases auskondensiert. Übrig bleibt ein im Wesentlichen aus CO₂ bestehender Restgasstrom, der einem CO₂-Speicher zugeführt werden kann.
Das Kathodenabgas besteht hauptsächlich aus Stickstoff. Es kann z. B. zur Trocknung der Kohle eingesetzt werden.
Die Abwärme der SOFC wird für die endothermen Vergasungsreaktionen im Kohlekombikraftwerk genutzt.

Für die Realisierung des IGFC-Hybridkonzeptes besteht noch erheblicher F&E-Bedarf, insbesondere für die Weiterentwicklung der Hochtemperatur-Brennstoffzelle sowie die Verschaltung der beiden Prozesse.

Begriffssynonyme:

Synonym für Integrated Gasification Fuel Cell combined cycle: IGFC
Synonyme für SOFC: Oxidkeramische Brennstoffzelle; solid oxide fuel cell; Festoxid-Brennstoffzelle