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Brennstoffzelle für den Rappenecker Hof

Der Rappenecker Hof, ein beliebtes Ausflugsziel etwa eine Wanderstunde von Oberried entfernt, ist nicht an das öffentliche Stromnetz angeschlossen. Bis 1987 versorgte ein Dieselgenerator den Hof mit Strom, danach lieferten eine Photovoltaik- und eine Windkraftanlage zusätzlich Energie. 2002 kam eine moderne Brennstoffzelle hinzu, die im Vergleich zum Dieselgenerator nur halb so viel Energie verbraucht. Anders als Verbrennungsmotoren wandelt sie in einem chemischen Prozess Wasserstoff und Sauerstoff direkt in Strom um. Schadstoffe entstehen keine, das Reaktionsprodukt ist reines Wasser. Bisher kommt der benötigte Wasserstoff noch aus Gasflaschen und muss besonders rein sein. Deshalb ist die Anlage für den Dauerbetrieb noch zu teuer. In Zukunft könnte jedoch auch Wasserstoff aus regenerativen Energiequellen zum Einsatz kommen und die Technik noch effizienter und umweltfreundlicher machen.

Wissenschaftler vom Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme (ISE) überwachten die Anlage aus der Ferne, so dass für die Hofbesitzer kaum Wartungsaufwand anfiel.

Mit der Kombination von Brennstoffzelle und Wind- und Sonnenenergie ist der Rappenecker Hof ein Beispiel für eine autarke und umweltfreundliche Energieversorgung.

Projektdaten

Projektnummer 2002-15
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Fraunhofer ISE
Laufzeit Februar 2003 bis Januar 2006
Zuschuss 250.000

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Dezentrale, fassadenintegrierte Lüftungsanlagen für energetisch sanierte Gebäude
Offenburg

Umweltfreundliche Lüftung für sanierte Gebäude

In einem neuen Projekt untersuchte die Hochschule Offenburg, welche Fassadensysteme sich am besten eignen, Gebäude kostengünstig mit energieeffizienter Lüftung nachzurüsten. Hierbei eignen sich Schul- und Wohngebäude mit ihren unterschiedlichen Nutzerprofilen, um allgemeine Modelle für zentrale und dezentrale Anlagen zu erstellen. In Wohngebäuden möchten Nutzer Temperatur und Luftfeuchtigkeit dezentral steuern können. Für die meisten Klassenzimmer, Flure oder Aufenthaltsräume hingegen sind zentral gesteuerte Anlagen am effizientesten. Einzelne Sondernutzungsräume wie z. B. Computerräume, Rektorate oder Lehrerzimmer benötigen jedoch dezentrale Systeme. Zu Beginn des Projektes messen die Wissenschaftler die Luftqualität in den bereits klimatechnisch sanierten Offenburger Schulen. Anschließend installierten sie mehrere Anlagentypen in Schulgebäuden sowie – in Zusammenarbeit mit lokalen Wohnbaugesellschaften – in sanierten Mietshäusern. In den Schulgebäuden spielten sie verschiedene Szenarien durch und vergleichen die Ergebnisse mit einem Referenzraum. In den Wohngebäuden arbeiten Wandgeräte, Rohr-, oder Brüstungslüfter, wobei in Wohn- und Schlafzimmern der CO2-Gehalt, in Küche und Bad die Feuchtigkeit ausschlaggebend ist. Dabei berücksichtigten die Experten Kosten für Einbau und langfristige Wartung, wie energieeffizient die Anlagen sind und wie gut sie Feuchtigkeit, Lufthygiene und CO2-Konzentration regulierten. Auch analysierten sie, wie man die neuen Anlagen in bestehende Gebäudeautomation einbinden und so Energie und Kosten sparen kann. Mit den Ergebnissen brachten die Wissenschaftler den Maßnahmenkatalog für Schulen auf den neuesten Stand. Infoflyer und Artikel in der Fachliteratur informieren Architekten, Handwerker, Wohnbaugesellschaften und Hausbesitzer. Das Projekt macht so Schüler und Öffentlichkeit vertraut mit energieeffizienten Methoden für die Gebäudelüftung und bietet Interessierten einen Überblick über vorhandene Technologien. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Die CO2-Konzentration steigt in Unterrichtsräumen ohne Lüftung während der Unterrichts sehr schnell auf sehr hohe, bedenkliche Werte, sinkt aber nur sehr langsam und liegt häufig auch am nächsten Tag noch über dem Wert der Außenluft. Dies kann am nächsten Tag zu noch höheren Werten führen. Dementsprechend sind Lüftungsmaßnahmen zu empfehlen. In den Schulen ist die Wahl der geeigneten Lüftungsmaßnahme stark von der Raumbelastung abhängig. In schwach belasteten Räumen genügen u. U. CO2-Ampeln, die Lüftungsbedarf anzeigen. In hochbelasteten Räumen wird der Einbau von dezentralen Lüftungsgeräten empfohlen. In Mietwohnungen hängt der Verlauf der relativen Feuchte im Raum stark vom Nutzer verhalten (Lüften, Duschen, Kochen) ab. Lüftungsmaßnahmen sind dennoch auch bei geringer Belastung empfehlenswert. Bei Mieterwechsel kann sich die Situation deutlich verändern.

Flottenmanagement eines hybriden Fahrzeugparks der badenova mittels Smart Metering Technologie
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Bei der Forschung und Entwicklung von Elektroautos, die keine klimaschädlichen Gase ausstoßen, gab es in den letzten Jahren große Fortschritte. Mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben könnten sie grundlegend dazu beitragen, Individualverkehr und Klimaschutz zu vereinen. Gleichzeitig eignen sich Elektro- und Hybridfahrzeuge auch prinzipiell als so genannte Duel-Use-Speicher, d. h. sie können Strom aus dem Netz dezentral speichern, um dieses zu entlasten. Das ist besonders wichtig, weil erneuerbare Energien wie Wind- und Solarenergie stärker als konventionelle Kraftwerke Stromspitzen produzieren. Deshalb untersuchte das Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme (ISE) zusammen mit badenova, wie sich Stromangebot und Nachfrage regeln lässt, wenn immer mehr Elektroautos als potentielle Speicher auf den Straßen unterwegs sind. Ziel ist ein System, dass die Autos an ihrem jeweiligen Standort erfasst, sowohl den momentanen Netzzustand wie auch die Strompreise kennt, und die Autos mit einem so genannten Smart Metering Gateway leitet. Dieses gibt den Fahrern Auskunft darüber, ob es sich gerade lohnt, Strom zu laden oder wieder ins Netz einzuspeisen. Im Projekt untersuchte das ISE anhand der Fahrzeugflotte der Badenova, wieweit sich Elektrofahzeuge ökologisch und ökonomisch sinnvoll einsetzen lassen. An einem Testauto erprobten sie das Konzept schließlich für ein halbes Jahr in der Praxis. Es wurde eine intelligente Ladestation entwickelt, die erkennt, wann es sinnvoll ist Strom zu tanken oder abzugeben.

Unterstützung der Hydrolyse durch aerobe Produktion von Enzymen unter Verwendung von Gärresten in einer Biogasanlage
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Enzymvorstufe verbessert Biogasproduktion

Bei Energiepflanzen der zweiten Generation nutzt man zunehmend nicht nur Teile sondern die gesamte Pflanze. Dies bedeutet jedoch auch, dass zunehmend cellulosehaltige Substrate in die Biogasanlagen gelangen. Cellulose ist Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände und besteht aus Kohlenhydraten, welche die Mikroorganismen nur schlecht oder schwer abbauen können. Die Forschung konzentriert sich deshalb darauf, diese Kohlenhydrate durch Hydrolyse – d.h. eine chemische Spaltung mit Wasser - besser zu zersetzen. Dafür kann man das Substrat beispielsweise mechanisch besser zerkleinern oder Druck und Temperatur in den Gärbehältern verändern. Die Hochschule Offenburg verfolgt einen dritten Weg: Sie setzt hydrolytisch wirkende Enzyme ein – ein Ansatz, der andernorts bereits erfolgreich erprobt wurde. Anstatt ständig neue Enzyme zuzusetzen, zielte man in Offenburg darauf, sie im Gärprozess selbst fortlaufend herzustellen. Dazu trennten die Forscher einen Nebenfermenter ab und füllten ihn mit einem Kultivierungsmedium aus einem Teil Gärrest sowie einem cellulosehaltigem Teilstrom. Der mineralstoffreiche Gärrest versorgt die enzymproduzierenden Pilze und Bakterien mit Nährstoffen, die Cellulose sorgt für die notwendige Stärke. Die Wärme aus dem Hauptfermenter sichert die notwendige Temperatur. Das nun enzymhaltige Gemisch fließt dann später wieder dem Hauptfermenter zu. Ziel des Projektes war es, Pilze und Bakterien zu identifizieren, die thermophil wachsen und besonders gut die gewünschten Enzyme produzieren. Anschließend entwickelten die Forscher Analyseparameter und optimieren die Zusammensetzung von Substrat und Kultivierungsmedium. Nach der Wirtschaftlichkeitsberechnung entwickelten sie dann ein Model um die Fermentationsstufe mit Enzymeinsatz vom Labor auf größere Anlagen zu übertragen. Das Offenburger Model bietet mehrere Vorteile für viele ähnliche Biogasanlagen in Deutschland: Die Ausbeute an Biogas steigt während gleichzeitig bisher ungenutzte cellulosehaltige Substrate zum Einsatz kommen können. Durch die Enzyme verbleibt das Substrat außerdem kürzer im Hauptfermenter. Weil der Gärrest als Kultivierungsmedium dient, können die Anlagenbesitzer außerdem ihre Lager verkleinern.