Mini-Brennstoffzelle liefert maximale Leistung

Das EPFL-Start-up INERGIO hat gerade den Prototyp einer leichten, umweltfreundlichen und leistungsstarken Brennstoffzelle vorgestellt, die in Situationen, in denen es kein Stromnetz gibt, Energie liefern kann. Das System kann zum Betrieb von Lieferdrohnen, Wetterstationen, Umweltsensoren, Telekommunikationsantennen und sogar Campingplätzen eingesetzt werden.
Inergio entwickelt eine kleine Brennstoffzelle, die mit verschiedenen Arten von Brennstoffen, einschliesslich Wasserstoff, kompatibel ist © 2021 Alain Herzog

Eine ganze Reihe von Anwendungen, von Wetterstationen und Umweltsensoren auf Berggipfeln bis hin zu Fernüberwachungssystemen für Pipelines, Drohnen und sogar Campingplätze, würden von einer kompakten, langlebigen und umweltfreundlichen Stromversorgung profitieren. Vor diesem Hintergrund hat INERGIO – ein Spin-off mit Sitz im EPFL-Innovationspark, das aus 15 Jahren gemeinsamer Forschung von EPFL und HEIG-VD hervorgegangen ist – eine kompakte Brennstoffzelle entwickelt, die 80 % leichter ist als ähnliche Systeme auf dem Markt. Mit Unterstützung mehrerer Startup-Fonds hat das Unternehmen gerade einen Prototyp einer Brennstoffzelle fertiggestellt, die 25 cm lang, 14 cm hoch und breit ist und 25 W Dauerleistung erzeugen kann. Der nächste Schritt für INERGIO wird sein, sein System mit verschiedenen Unternehmen im Genfer Seegebiet zu testen und eine Pilotproduktionslinie zu entwickeln.

Sieben bis acht Stunden Flugzeit für Lieferdrohnen

Brennstoffzellen – einschlieslich Wasserstoff-Brennstoffzellen, die wahrscheinlich die Autos von morgen antreiben werden – bieten eine vielversprechende Alternative auf dem Weg zur Kohlenstoffneutralität. Brennstoffzellen nutzen chemische Reaktionen zwischen einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel zur Stromerzeugung: Bei der Reaktion werden Strom, Wasser und Wärme freigesetzt. Der Prototyp von INERGIO verwendet eine Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC), die eine hohe Ausbeute bei der Umwandlung von Brennstoff in Strom bietet und keine Schadstoffe ausstösst, aber bei extrem hohen Temperaturen (650°C) arbeitet. Die Hitze, die SOFCs erzeugen, erfordert normalerweise grosse Mengen an Isolierung, was ihren Einsatz auf stationäre Anwendungen beschränkt. «Nach 15 Jahren Laborforschung», sagt INERGIO-CEO Mahmoud Hadad, «besteht unsere grösste Errungenschaft darin, dass wir die Hochtemperaturzone auf einen kleinen Bereich im Kern der Batterie beschränkt haben.» Dadurch wird die Isolierung auf ein Minimum reduziert und ein System geschaffen, das bei gleicher Ausbeute dreimal so leicht ist.

Die Batterie von Inergio kann eine Lieferdrohne mehrere Stunden lang fliegen © 2021 Alain Herzog

Das System von INERGIO nutzt zunächst Brennstoffe wie Butan und Erdgas, um die Anode zu speisen, wobei Luftsauerstoff als Oxidationsmittel dient. Bei der Reaktion entstehen neben Elektronen auch Wasserdampf und eine geringe Menge Kohlendioxid: «Der grosse Vorteil unseres Systems ist, dass Butan und Propan im Handel zu einem niedrigen Preis erhältlich sind. In flüssiger Form ist es viel leichter und einfacher zu transportieren als Wasserstoff», sagt Mahmoud Hadad. In Zukunft könnte auch Wasserstoff – derzeit noch schwer herstellbar – als Brennstoff verwendet werden, was die Zelle noch effizienter und umweltfreundlicher machen würde.

In Verbindung mit einer Butan- oder Propan-Kartusche ist die Autonomie der Mini-Brennstoffzelle bis zu 20-mal grösser als die von Lithium-Ionen-Batterien ähnlicher Grösse. «500 W Leistung können wir beispielsweise mit einer 4 kg schweren Zelle erzeugen, was einer Lieferdrohne 7–8 Stunden Flugzeit verschaffen würde, verglichen mit den derzeitigen Flugzeiten von etwa 60 Minuten», sagt Hadad. Das System von INERGIO ist skalierbar und kann je nach Einsatzzweck zwischen 25 W und 500 W liefern. An abgelegenen Orten, wie z. B. in Bergregionen, bietet es eine sichere, geräuschlose Energiequelle, die nicht von den Wetterbedingungen abhängig ist und über längere Zeiträume allein betrieben werden kann.

In diesem Jahr plant INERGIO dank eines Enable-Stipendiums des EPFL-Vizepräsidiums für Innovation sowie zahlreicher Auszeichnungen und Startup-Finanzierungen die Entwicklung eines All-in-One-Systems, das in einen Schuhkarton passen könnte. Das heisst, es könnte leicht transportiert oder an Fernüberwachungseinheiten angeschlossen werden und könnte Tausende von Stunden Dauerbetrieb leisten.