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
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