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Glossar.
Anode.
Bei der Anode handelt es sich um die negativ geladene Elektrode. Die Karbonationen (CO32–) aus der Schmelze, die bei der Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle als Elektrolyt die beiden Elektroden trennt, reagieren an der Anode mit Wasserstoff (H2) zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O). Dabei werden Elektronen (e–) freigesetzt.
Brennstoffzellen-Technologie.
Brennstoffzellen sind in der Regel aus einem Stapel aus mehreren Zellen aufgebaut. Jede Zelle besteht aus zwei Elektroden, die durch einen Elektrolyten voneinander getrennt sind. An den Elektroden finden chemische Reaktionen statt; dabei wird der Brennstoff oxydiert und die freigesetzte Reaktionsenergie in Strom und Wärme umgewandelt.
Elektrode.
Bei den Elektroden handelt es sich um elektrisch leitende Materialien, an denen die chemischen Reaktionen in der Brennstoffzelle stattfinden. Die beiden Elektroden sind durch ein Medium – den Elektrolyten – voneinander getrennt. An beiden Elektroden finden gleichzeitig chemische Reaktionen statt: An der negativ geladenen Anode werden Elektronen freigesetzt, an der positiv geladenen Kathode Elektronen benötigt. Verbindet man die beiden Elektroden, fliesst ein Strom, der genutzt werden kann.
Elektrolyt.
Ein Elektrolyt ist ein – in der Regel flüssiger – Stoff, der beim Anlegen einer Spannung elektrisch leitend wird. Die elektrische Leitfähigkeit entsteht, weil geladene Ionen in Bewegung geraten und von einer Elektrode zur anderen wandern. Im Falle der Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle besteht der Elektrolyt aus einer Schmelze aus Lithium- und Kaliumkarbonat. Die Karbonationen wandern dabei von der positiv geladenen Kathode zur negativ geladenen Anode.
Gasaufbereitung.
Erdgas setzt sich aus verschiedenen Gasen zusammen. Es besteht hauptsächlich aus Methan (CH 4), daneben finden sich aber auch Anteile von Ethan (C 2H 5), Propan (C 3H 8), Butan (C 4H 10) und Ethen (C 2H 4). Diese sogenannt längerkettigen Gase werden in der vorgelagerten Gasaufbereitung mit Hilfe von katalytischen Materialien aufgebrochen, damit daraus im anschliessenden Reformprozess einfacher Wasserstoff erzeugt werden kann.
Erdgas-Reinigung.
Ein grosser Vorteil der Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen ist, dass sie mit Erdgas betrieben werden können. Das vom Gasnetz bezogene Erdgas kann allerdings nicht direkt in der Brennstoffzelle verwertet werden. Insbesondere müssen die Riechstoffe, welche dem Erdgas aus Sicherheitsgründen beigemischt werden, in einer Gasreinigungsanlage vorgängig herausgefiltert werden.
Kathode.
Bei der Kathode handelt es sich um die positiv geladene Elektrode. An der Kathode werden aus Kohlendioxid (CO2) und Sauerstoff (O2) aus der Zuluft neue Karbonationen (CO32–) gebildet. Dabei werden Elektronen benötigt. Die Karbonationen wandern anschliessend durch die Schmelze hindurch zur Anode, wo sie wieder umgewandelt werden.
Reformprozess.
Die Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle arbeitet nicht direkt mit Methan, sondern mit Wasserstoff. Deshalb muss der Wasserstoff in einem Reformprozess zunächst aus Methan hergestellt werden. Der zugeführte Wasserdampf (H2O) reagiert dabei mit Methan (CH4); es entstehen Kohlendioxid (CO2), das als Abluft abgeführt wird, und Wasserstoff (H2), der als Brennstoff genutzt wird. Bei einer Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle findet der Reformprozess innerhalb der Brennstoffzelle selbst statt.
Riechstoffe.
Erdgas ist von Natur aus geruchlos. Damit allfällige Lecks in den Gasleitungen entdeckt werden, werden dem Erdgas aus Sicherheitsgründen geringe Mengen an Tetrahydrothiophen (THT) als Riechstoff beigemischt. THT riecht sehr stark, dadurch kann bereits ein geringes Leck ohne Hilfsmittel erkannt werden.
Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle.
Bei einer Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle handelt es sich um eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle, die bei einer Betriebstemperatur von 600-650 °C arbeitet. Der Elektrolyt besteht aus einer Schmelze aus Lithium- und Kaliumkarbonat, daher Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen genannt.
