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SBB Minibar serviert neu auch Cappuccino – dank Brennstoffzellen-Technologie Brennstoffzellen treiben heute schon die Elektromotoren moderner Postautos an. Jetzt kommen sie auch in den SBB Minibars zum Einsatz. Die Bahn hat die neue Technologie eben in einem einmonatigen Pilotversuch auf der Strecke Zürich-Bern getestet. Die Bahnreisenden spüren die Neuerung im Gaumen: Neu können sie auch frisch zubereiteten Cappuccino oder Latte Macchiato trinken.
von Dr. Benedikt Vogel, im Auftrag des Bundesamts für Energie BFE
«
Kaffee! Tee! Gipfeli!» Der Servicemitarbeiter öffnet die Schiebetür und zieht die voll bepackte Minibar mit Getränken und Snacks hinter sich her. In der Ablage reihen sich Kägi-fret, Sandwich und Chips. Oder eine Getränkedose unten aus der Schublade? Die meisten Bahnreisenden nehmen dann doch lieber einen Kaffee oder einen Espresso, vielleicht noch ein Gipfeli. Der Steward steckt eine Lavazza-Kapsel in die Maschine, die oben auf der Minibar thront, die heisse Brühe rinnt in den Papierbecher. Duftender Kaffee, der Tag ist erst mal gerettet. Fast die Hälfte ihres Umsatzes machen die SBB Minibars mit dem Verkauf von Kaffeegetränken. Bis vor einigen Jahren mussten sich Bahnreisende mit Pulverkaffee begnügen, der mit heissem Wasser aus der Thermoskanne aufgegossen wurde. Seit 2007 kommt der Kaffee aus der elektrisch betriebenen Kaffeemaschine. Den Strom zum Betrieb stammt aus einem Akku, der im Boden der Minibar untergebracht ist, eine Stromladung reicht für 50 bis 60 Kaffees. Etwa soviel Kaffees, wie an einem müden Morgen auf der Fahrt zwischen Zürich und Bern geordert werden. Mehr Leistung für den Milchschaum Doch der moderne Pendler trinkt nicht mehr einfach Kaffee. Heute liegen Cappuccino und Latte Macchiato im Trend. Auf diesen Trend reagiert nun auch el-
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vetino, die 100prozentige SBB-Tochter, die für den Betreib der Minibars und der Speisewagen verantwortlich ist. Doch die modischen Neulinge stellen höhere Anforderungen an die Herstellung, denn die schicke Haube aus Milchschaum muss mit Dampf aufgeschäumt werden, und das braucht zusätzliche Energie. Ein Kaffee ist mit 450 Watt erhitzt, modische Kaffee-Milch-Getränke brauchen das Doppelte. Soviel Leistung zum Betrieb der Kaffeemaschine stellen herkömmliche Akkus aber nicht zur Verfügung, sollen sie auf einer Minibar Platz finden, nicht zu schwer wiegen und genügend Energie speichern, um sie nicht allzu oft wechseln zu müssen. Daher hat elvetino in diesem Sommer Minibars mit der leistungsstärkeren Brennstoffzellen-Technologie getestet. Auf der Grundlage des Feldtests entscheiden die SBB nun darüber, ob sie die neue Minibar dann auf Schweizer IC- und EC-Verbindungen einsetzen. Brennstoffzellen liefern Strom für den Betrieb der Kaffeemaschine, gleich wie die bisher verwendeten Akkus. Trotz des eigenwilligen Namens, funktionieren Brennstoffzellen im Prinzip sehr ähnlich wie Akkus: In beiden Fällen stammt der Strom aus einer elektrochemischen Reaktion. Im Akku reagieren in der Regel feste Stoffe miteinander, bei der Brennstoffzelle der neuen Minibar sind es gasförmige Stoffe, nämlich Wasserstoff und Sauerstoff. Bei der Reaktion der beiden Stoffe in der Brennstoffzelle – sie ist etwa halb so gross wie eine Au-
tobatterie – entsteht elektrischer Strom. Der einzige «Abfall» ist – Wasser. Der zum Betrieb nötige Sauerstoff kommt aus der Umgebungsluft. Der Wasserstoff wird in einem Speicher mitgeführt, der im Boden der Minibar versteckt ist. Ist der Speicher leer, wird ein neuer eingesetzt, und der leere Speicher wird zum elvetino-Sitz in der Nähe des Zürcher Hauptbahnhofs gebracht, wo er wieder aufgefüllt wird. Netzunabhängige Stromproduktion Entwickelt hat das neue Energiesystem die Firma CEKAtec AG in Wattwil (SG) in Kooperation mit der Berner Fachhochschule für Technik und Informatik, BFH-TI Biel. Ausgangspunkt bildete eine mobile, also netzunabhängig funktionsfähige Brennstoffzelle, die vom Paul Scherrer Institut in Villigen (AG) und der ETH Zürich entwickelt worden war. CEKAtec hat die Brennstoffzelle mit Unterstützung des Bundesamts für Energie (BFE) und der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) für den Einsatz in der Minibar angepasst und industrialisiert. Die Brennstoffzellen-Technologie geniesst zur Zeit grosse Aufmerksamkeit, da sie eine dezentrale Stromproduktion erlaubt. Im Fall der Minibar kommt eine Niedertemperatur-Brennstoffzelle zur Anwendung, die bei Betriebstemperaturen von 20 bis 70 Grad arbeitet. Das Brennstoffzellensystem besteht aus einem Stapel von 32 Zellen, jeweils 8 x 8 cm gross und 4 mm dick. Brennstoffzellen haben die Fähigkeit, Wasserstoffatomen das Elektron zu stibitzen, woraus ein elektrischer Strom resultiert.
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Das Foto zeigt eine IHPoS-Brennstoffzelle (genauer: Brennstoffzellen-Stapel) aus der Produktion der Firma CEKAtec. Der in der SBB Minibar eingebaute Stapel sieht im Prinzip gleich aus wie auf dem Foto, ist jedoch in ein Gesamtsystem eingebaut. IHPoS seht für: Independent Hydrogen Power Systems.
Jede der 32 Brennstoffzellen verfügt über eine Leistung von 20 Watt, insgesamt also 640 Watt Nennleistung. Da die Brennstoffzelle einen Eigenverbrauch (für Pumpen, Ventile usw.) von ca. 80 Watt hat, stehen netto 560 Watt zur Verfügung. Das ist für die neue SBB Minibar eigentlich zu wenig, denn die Kaffeemaschinen brauchen ca. 1 500 Watt. Damit zum Kaffeekochen genug Strom zur Verfügung steht, hilft ein elektrischer Zwischenspeicher. Dieser wird immer wieder aufgeladen, wenn gerade kein Kaffee gebraut wird. «Die grösste technische Herausforderung bei der Entwicklung des Energiesystems für die neue Minibar war, mit dem knappen Platz auszukommen», sagt Dr. Marco Santis, Projektleiter bei der Firma CEKAtec. Schliesslich müssen auf dem schmalen Wägelchen nicht nur die Kaffeemaschine, Flaschen, Dosen und Snacks Platz finden, sondern auch die Brennstoffzelle und der zugehörige Behälter, der den Wasserstoff für deren Betrieb enthält. Bei dem Behälter handelt es sich nicht um eine Gasflasche, sondern um ein Modul von der Grösse einer Schuhschachtel. Das Speichermodul hat den Vorteil, dass der Wasserstoff nicht unter hohem
Die Illustration zeigt den Aufbau einer einzelnen Brennstoffzelle. Der mit MEA (engl. Membrane-Electrode-Assembly; dt. Membran-Elektroden-Einheit) bezeichnete Mittelteil bildet das eigentliche Herzstück: Hier läuft die elektrochemische Reaktion ab, die aus Wasserstoff und Sauerstoff elektrischen Strom, Wasser und Wärme erzeugt. Dieser Mittelteil wird oben und unten durch eine Bipolarplatte (bestehend aus zwei Fluss-Feld-Platten) abgeschlossen. Die Fluss-Feld-Platten haben eine doppelte Funktion: Sie verteilen die Reaktionspartner (Wasserstoff, Sauerstoff) gleichmässig über die gesamte Brennstoffzelle, und sie führen den elektrischen Strom ab.
Druck steht wie in einer Gasflasche (also 200 bis 300 bar), sondern nur unter einem mässigen Druck von wenigen bar (entspricht dem Druck in einem aufgepumpten Veloschlauch). Technisch gesehen ist das Modul ein Metallhydrid-Speicher – darin wird der Wasserstoff in einer Metalllegierung (Nickel und ein Gemisch aus sogenannten Seltenen Erden) gespeichert. Eine Füllung des Wasserstoffspeichers ergibt 120 Espressos Dieser Speicher dürfte von der Öffentlichkeit – wegen des geringen Drucks – besser akzeptiert werden als Gasflaschen. Er ist mit 35 x 26 x 8 cm Volumen sogar noch etwas kleiner als die bisher verwendeten Akkus und mit 12 Kilogramm nur gut halb so schwer (wobei für einen fairen Vergleich allerdings auch das nicht unerhebliche Gewicht der Brennstoffzelle einbezogen werden muss). In dem Speichermodul hat 1 Normkubikmeter Wasserstoffgas Platz, was einem Gewicht von 80 Gramm Wasserstoff entspricht; der grösste Teil des Gewichts entfällt auf das für die Speicherung erforderliche Metall. Eine Speicherfüllung Wasserstoff liefert ca. 1,5 kWh Strom; die neue Kaffeemaschine mit einem Durchschnittsverbrauch von 1 kW kann also – nonstop – anderthalb Stunden betrieben werden, was für 120 Espressos (oder 60 Cappuccinos) reicht. Die Abwärme der Brennstoffzelle wird übrigens teilweise dem Speicher zugeführt; das hilft, seine Leistungsfähigkeit zu erhalten.
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Die SBB haben die neue Brennstoffzellen-Minibar während eines einmonatigen Feldversuchs auf der Strecke Bern-Zürich getestet (im Bild: eine frühere Version der Minibar).
Vor drei Jahren – das Foto zeigt die damalige Bundespräsidentin Doris Leuthard an der Innovationskonferenz 2010, zusammen mit Dr. Philipp Dietrich vom Paul Scherrer Institut (Mitte) und Michael Christ von der Berner Fachhochschule (rechts) – war die Brennstoffzellen-Minibar noch eine Idee. Unterdessen haben Ingenieure die Idee zur einem marktfähigen Produkt entwickelt.
Michelangelo La Malfa, stellvertretender CEO bei elvetino und Projektleiter der neuen Minibar, spricht nach mehrjähriger Entwicklungszeit von einem «Quantensprung im Bahncatering-Geschäft»: «Dank der Brennstoffzellen können wir eine Kaffeemaschine auf der Minibar platzieren, die alle Kaffee-Milch-Produkte herstellt, aber auch heisse Schokolade mit richtiger Milch.» Das Catering-Unternehmen der SBB erwartet von der in Technik und Design modernisierten Minibar ein UmsatzPlus bei den Kaffeeprodukten und – natürlich – von Milchschaum verwöhnte, zufriedene Bahnkunden.
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Zwei Innovationen In der neuen SBB Minibar stecken zwei bemerkenswerte technische Innovationen «made in Switzerland». Die erste betrifft die Luftbefeuchtung. Eine Brennstoffzelle braucht – um effizient zu arbeiten – einen gewissen Wassergehalt (genauer: Feuchtigkeit). Diese Feuchtigkeit wird üblicherweise durch einen eigens eingebauten Befeuchter erzeugt. Nachteil dieser Lösung: Die externe Komponente verkompliziert das System und verbraucht zusätzliche Energie. Um diese Nachteile zu vermeiden, erfolgt die Luftbefeuchtung bei der Systemlösung von CEKAtec intern in jeder einzelner Brennstoffzelle, also ohne Einbau eines externen Befeuchters. Für die Befeuchtung wird das Wasser verwendet, das bei der elektrochemischen Reaktion als «Abfallprodukt» entsteht. Eine zweite Innovation betrifft die sogenannten Bipolarplatten, die die einzelnen Brennstoffzellen nach oben und unten abschliessen und die Aufgabe haben, die Reaktionspartner (Wasserstoff, Sauerstoff) über die Zelle zu verteilen und
den entstehenden Strom abzuführen. In der Brennstoffzelle der SBB Minibar werden die Bipolarplatten untereinander mit flexiblen Graphitfolien abdichtet. Der Vorteil: Die Montage der Brennstoffzelle wird erleichtert, und wenn eine einzelne Zelle defekt ist, kann sie mühelos ausgetauscht werden. Die Graphitfolie hilft zudem, als Kühlrippe verlängert, beim Abführen der Prozesswärme mittels gewöhnliche Ventilatoren. CEKAtec geht davon aus, dass die Brennstoffzelle in der Minibar tiefere Betriebskosten verursachen wird als die bisher verwendeten Akkus. Jeder Akku muss nach Ablauf seiner Lebensdauer als ganzer ersetzt werden, was mit erheblichen Ersatzkosten einhergeht. Bei der Brennstoffzelle dagegen müssen jeweils nur die Verschleissteile ersetzt werden. «Aufgrund unserer Berechnungen gehen wir davon aus, dass unsere Brennstoffzellenlösung nach ca. 18 bis 24 Monaten günstiger ist. Diese Erwartung muss sich nun im Alltagsbetrieb bestätigen», sagt Dr. Marco Santis. BV
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Keine Angst vor der Brennstoffzelle Ist die mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen-Minibar gefährlich? Kann sie gar explodieren? Solche Befürchtungen sind unbegründet. Die Brennstoffzelle selber ist unproblematisch. Eine allfällige Gefahr geht vom Wasserstoffspeicher aus, denn sollte er – zum Beispiel bei einer Zugentgleisung – brechen, drohen die Freisetzung von Wasserstoff und eine Selbstentzündung der Metalllegierung. Für eine Explosion ist die in der Minibar mitgeführte Menge an Wasserstoff nicht ausreichend, zudem ist der Druck des Speichers zu gering. «Die Legierung würde dann langsam an der Luft zu brennen anfangen, allerdings recht unspektakulär, nicht etwa wie ein Feuerwerk», sagt Dr. Marco Santis, «im schlimmsten Fall droht also ein lokaler Brand.» Für den Fall, dass ein Speicher im Feuer landet, verfügt er über Sicherheitsventile, welche einen allfälligen Überdruck im Speicher verhindern. BV Der Wasserstoff für den Betrieb der Brennstoffzelle wird im Zug nicht in Druckflaschen mitgeführt, sondern in Speichermodulen, in denen nur ein geringer Druck von wenigen bar herrscht.
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Brennstoffzellen-Know-how für neue SBB-Minibars Die SBB hat gestern ein neues Minibar-Modell in ihren Intercity-Zügen lanciert. Mit an Bord wird ein vom Paul Scherrer Institut mitentwickeltes Brennstoffzellen-System sein. VILLIGEN (psi) – Das BrennstoffzellenSystem sorgt dafür, dass die Minibar nun trotz Platzbeschränkungen über genügend Kraft verfügt, um auch Cappuccinos und Latte macchiato zu brühen. Die Idee entstand vor rund elf Jahren an der Berner Fachhochschule auf der Basis vorgängiger Arbeiten am PSI und an der ETH Zürich. Ziel war es, ein möglichst kompaktes, einfaches und kostengünstiges Brennstoffzellen-System für portable Anwendungen zu realisieren. Es galt deshalb in erster Linie, die voluminösen sowie regelungstechnisch komplexen Teilsysteme für die Befeuchtung der Brennstoffzellenmembran sowie zur Kühlung des Zellstapels zu vereinfachen und zu verkleinern. Zwei vom PSI inzwischen patentierte Lösungen sind aus diesen Forschungsarbeiten hervorgegangen und nun auch im Brennstoffzellen-System eingebaut. Das sind zum einen die innovative innere Befeuchtung der Brennstoffzellenmembran und zum anderen die Dichtung für das an der Berner Fachhochschule entwickelte Kühlungskonzept. Interne Befeuchtung reduziert Volumen und Komplexität Wasserstoff-Brennstoffzellen produzieren Strom, indem Wasserstoff an der negativen Elektrode der Zelle aufgespalten wird. Dabei entstehen Elektronen, die als Strom in einen Schaltkreis fliessen, und
An einer Pressekonferenz wird die neue Minibar der SBB präsentiert. Protonen (Wasserstoffkerne), die dann mit Sauerstoff an der positiven Elektrode der Zelle zu Wasser reagieren. Voraussetzung für diese Reaktionen ist aber, dass die Protonen durch die Kunststoffmembran hindurch diffundieren, um an die Kathode zu gelangen. Das heisst, die Membran muss, wie dies die
Experten in der Fachsprache zum Ausdruck bringen, eine gute Leitfähigkeit für Protonen aufweisen. Diese Leitfähigkeit steigt mit dem Feuchtegrad der Membran. Zuviel flüssiges Wasser kann aber wiederum auch die Poren verstopfen, durch die das Gas zur Membran fliesst. Es kommt also darauf an, den optimalen Feuchtegrad sicherzustellen. Den nötigen Feuchtegrad stellen in grösseren Brennstoffzellen-Systemen externe Befeuchter bereit. Deren Volumen und Komplexität kann man sich in einem portablen System mit strengen Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit aber nicht leisten. Einen Ausweg fanden die PSI-Forscher, indem sie auf interne Befeuchtung der Membran setzten. Die Idee war, die überschüssige Feuchte aus der Abluft, die beim Betrieb der Zellen anfällt, direkt zu der frisch eingespeisten Luft zurückzuführen.
Ausgeklügeltes Befeuchtungskonzept spart Energie Für die Rückgewinnung der Feuchte wird die verbrauchte Luft durch eigens eingebaute Kanäle auf den sogenannten Befeuchtungsbereich der Membran geleitet. Im Befeuchtungsbereich fliesst auf der einen Seite also feuchte Abluft und auf der Rückseite trockene, frisch eingespeiste Luft. Dieser Feuchteunterschied führt dazu, dass Wasser durch die Mem-
Die Zeitung für das Zurzibiet
bran hindurch von der feuchten auf die trockene Seite diffundiert und so die trockene Frischluft befeuchtet. Das Ganze geschieht weitgehend passiv, also ohne jedwede Regelung und mit minimalem Energieaufwand. Lediglich die Energie für einen Kompressor wird benötigt, um die Frischluft zuvor auf ein kleineres Volumen zusammenzupressen, sodass sie mit weniger Wasser die gewünschte relative Feuchtigkeit erreicht. Die interne Befeuchtung vereinfacht das System, weil es den externen Befeuchter überflüssig macht. Sie hat zudem einen entscheidenden Vorteil: Da die Befeuchtung nun unabhängig auf jeder Zelle geschieht, kann das System im Prinzip beliebig vergrössert werden, ohne dass dafür ein immer grösser werdender externer Befeuchter benötigt wird. Die Kunst besteht darin, den Befeuchtungsbereich optimal zu dimensionieren, sodass er nicht zu gross, aber gross genug für den adäquaten Feuchtetransport ist, vor allem dann, wenn der Zellstapel unter Volllast läuft.
Kühlung mit Luft statt mit Wasser Ein weiterer Beitrag aus dem PSI betrifft die Kühlung des Zellenstapels. Hierzu wird normalerweise Wasser als Kühlmittel eingesetzt. Die Forscher der Berner Fachhochschule entwickelten ein spezielles Konzept, das auf die Kühlung mit Luft setzt. Statt wie in anderen Konzepten
die Kühlluft durch die Zellen zu führen, entschieden sie sich für eine sogenannte Randluftkühlung. Die Wärme aus dem aktiven Teil der Zellen wird dabei effizient in den Randbereich übertragen und erst dort vom kühlenden Luftstrom abgeführt. Möglich ist die effiziente Wärmeübertragung vom Zentrum auf den Rand der Zellen durch ein graphitähnliches Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Die Dimensionierung der Kühlung basierte auf Berechnungen mit einem Modell, das PSI-Forscher entwickelten. Das graphitähnliche Material wird im Zellenstapel ausserdem als Gasdichtung verwendet und verhindert, dass Wasserstoff und Luft sich mischen können. Diese Verwendung als Dichtung ist eine inzwischen patentierte PSI-Erfindung. Die Markteinführung der neuen SBBMinibar mit dem eingebauten Brennstoffzellen-System ist ein Beleg dafür, dass mit Beharrlichkeit im Technologietransfer aus der Grundlagenforschung Beiträge zu kommerziellen Produkten werden können. Die Anstrengungen des PSI auf allen Stufen der Forschung und Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellen zeitigt wieder einmal sichtbare Früchte. Der Erfolg wäre aber ohne das jahrelange Engagement der Berner Fachhochschule und der Firma CEKAtek, die an diese Technologie glaubten und sie weiterentwickelten, nicht möglich gewesen.
5. April 2014
http://www.ee-news.ch/de/article/print/26921
24. Jul 2013
(BV) Brennstoffzellen treiben heute schon die Elektromotoren moderner Postautos an. Jetzt kommen sie auch in den SBB Minibars zum Einsatz. Die Bahn testet die neue Technologie ab dem heutigen 24. Juli in einem einmonatigen Pilotversuch auf der Strecke Zürich‐Bern. Die Bahnreisenden spüren die Neuerung im Gaumen: Neu können sie auch frisch zubereiteten Cappuccino oder Latte Macchiato trinken. „Kaffee! Tee! Gipfeli!“ Der Servicemitarbeiter öffnet die Schiebetür und zieht die voll bepackte Minibar mit Getränken und Snacks hinter sich her. In der Ablage reihen sich Kägi-fret, Sandwich und Chips. Oder eine Getränkedose unten aus der Schublade? Die meisten Bahnreisenden nehmen dann doch lieber einen Kaffee oder einen Espresso, vielleicht noch ein Gipfeli. Der Steward steckt eine Lavazza-Kapsel in die Maschine, die oben auf der Minibar thront, die heisse Brühe rinnt in den Papierbecher. Duftender Kaffee, der Tag ist erst mal gerettet. Fast die Hälfte ihres Umsatzes machen die SBB Minibars mit dem Verkauf von Kaffeegetränken. Bis vor einigen Jahren mussten sich Bahnreisende mit Pulverkaffee begnügen, der mit heissem Wasser aus der Thermoskanne aufgegossen wurde. Seit 2007 kommt der Kaffee aus der elektrisch betriebenen Kaffeemaschine. Den Strom zum Betrieb stammt aus einem Akku, der im Boden der Minibar untergebracht ist, eine Stromladung reicht für 50 bis 60 Kaffees. Etwa soviel Kaffees, wie an einem müden Morgen auf der Fahrt zwischen Zürich und Bern geordert werden.
Mehr Leistung für den Milchschaum Doch der moderne Pendler trinkt nicht mehr einfach Kaffee. Heute liegen Cappuccino und Latte Macchiato im Trend. Auf diesen Trend reagiert nun auch elvetino, die 100prozentige SBB-Tochter, die für den Betreib der Minibars und der Speisewagen verantwortlich ist. Doch die modischen Neulinge stellen höhere Anforderungen an die Herstellung, denn die schicke Haube aus Milchschaum muss mit Dampf aufgeschäumt werden, und das braucht zusätzliche Energie. Ein Kaffee ist mit 450 Watt erhitzt, modische Kaffee-Milch-Getränke brauchen das Doppelte. Soviel Leistung zum Betrieb der Kaffeemaschine stellen herkömmliche Akkus aber nicht zur Verfügung, sollen sie auf einer Minibar Platz finden, nicht zu schwer wiegen und genügend Energie speichern, um sie nicht allzu oft wechseln zu müssen. Sehr ähnlich wie Akkus Daher testet elvetino jetzt Minibars mit der leistungsstärkeren BrennstoffzellenTechnologie. Auf der Grundlage des Feldtests werden die SBB anschliessend darüber entscheiden, ob sie die neue Minibar dann auf Schweizer IC- und EC-Verbindungen einsetzen. Brennstoffzellen liefern Strom für den Betrieb der Kaffeemaschine, gleich wie die bisher verwendeten Akkus. Trotz des eigenwilligen Namens, funktionieren Brennstoffzellen im Prinzip sehr ähnlich wie Akkus: In beiden Fällen stammt der Strom aus einer elektrochemischen Reaktion. Im Akku reagieren in der Regel feste Stoffe miteinander, bei der Brennstoffzelle der neuen Minibar sind es gasförmige Stoffe, nämlich Wasserstoff und Sauerstoff. Bei der Reaktion der beiden Stoffe in der Brennstoffzelle – sie ist etwa halb so gross wie eine Autobatterie – entsteht elektrischer Strom. Der einzige 'Abfall' ist – Wasser. Der zum Betrieb nötige Sauerstoff kommt aus der Umgebungsluft. Der Wasserstoff wird in einem Speicher mitgeführt, der im Boden der Minibar versteckt ist. Ist der Speicher leer, wird ein neuer eingesetzt, und der leere Speicher wird zum elvetino-Sitz in der Nähe des Zürcher Hauptbahnhofs gebracht, wo er wieder aufgefüllt wird.
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23.04.2014 13:52
http://www.ee-news.ch/de/article/print/26921 Netzunabhängige Stromproduktion Entwickelt hat das neue Energiesystem die Firma CEKAtec AG in Wattwil (SG) in Kooperation mit der Berner Fachhochschule für Technik und Informatik, BFH-TI Biel. Ausgangspunkt bildete eine mobile, also netzunabhängig funktionsfähige Brennstoffzelle, die vom Paul Scherrer Institut in Villigen (AG) und der ETH Zürich entwickelt worden war. CEKAtec hat die Brennstoffzelle mit Unterstützung des Bundesamts für Energie (BFE) und der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) für den Einsatz in der Minibar angepasst und industrialisiert. Die Brennstoffzellen-Technologie geniesst zur Zeit grosse Aufmerksamkeit, da sie eine dezentrale Stromproduktion erlaubt. Niedertemperatur-Brennstoffzelle Im Fall der Minibar kommt eine Niedertemperatur-Brennstoffzelle zur Anwendung, die bei Betriebstemperaturen von 20 bis 70 Grad arbeitet. Das Brennstoffzellensystem besteht aus einem Stapel von 32 Zellen, jeweils 8 x 8 cm gross und 4 mm dick. Brennstoffzellen haben die Fähigkeit, Wasserstoffatomen das Elektron zu stibitzen, woraus ein elektrischer Strom resultiert. Jede der 32 Brennstoffzellen verfügt über eine Leistung von 20 Watt, insgesamt also 640 Watt Nennleistung. Da die Brennstoffzelle einen Eigenverbrauch (für Pumpen, Ventile usw.) von ca. 80 Watt hat, stehen netto 560 Watt zur Verfügung. Das ist für die neue SBB Minibar eigentlich zu wenig, denn die Kaffeemaschinen brauchen ca. 1500 Watt. Damit zum Kaffeekochen genug Strom zur Verfügung steht, hilft ein elektrischer Zwischenspeicher. Dieser wird immer wieder aufgeladen, wenn gerade kein Kaffee gebraut wird. Knapper Platzverhältnisse „Die grösste technische Herausforderung bei der Entwicklung des Energiesystems für die neue Minibar war, mit dem knappen Platz auszukommen“, sagt Dr. Marco Santis, Projektleiter bei der Firma CEKAtec. Schliesslich müssen auf dem schmalen Wägelchen nicht nur die Kaffeemaschine, Flaschen, Dosen und Snacks Platz finden, sondern auch die Brennstoffzelle und der zugehörige Behälter, der den Wasserstoff für deren Betrieb enthält. Bei dem Behälter handelt es sich nicht um eine Gasflasche, sondern um ein Modul von der Grösse einer Schuhschachtel. Das Speichermodul hat den Vorteil, dass der Wasserstoff nicht unter hohem Druck steht wie in einer Gasflasche (also 200 bis 300 bar), sondern nur unter einem mässigen Druck von wenigen bar (entspricht dem Druck in einem aufgepumpten Veloschlauch). Technisch gesehen ist das Modul ein Metallhydrid-Speicher – darin wird der Wasserstoff in einer Metalllegierung (Nickel und ein Gemisch aus sogenannten Seltenen Erden) gespeichert. Eine Füllung des Wasserstoffspeichers ergibt 120 Espressos Dieser Speicher dürfte von der Öffentlichkeit – wegen des geringen Drucks – besser akzeptiert werden als Gasflaschen. Er ist mit 35 x 26 x 8 cm Volumen sogar noch etwas kleiner als die bisher verwendeten Akkus und mit 12 Kilogramm nur gut halb so schwer (wobei für einen fairen Vergleich allerdings auch das nicht unerhebliche Gewicht der Brennstoffzelle einbezogen werden muss). In dem Speichermodul hat 1 NormkubikmeterWasserstoffgas Platz, was einem Gewicht von 80 Gramm Wasserstoff entspricht; der grösste Teil des Gewichts entfällt auf das für die Speicherung erforderliche Metall. Eine Speicherfüllung Wasserstoff liefert ca. 1,5 kWh Strom; die neue Kaffeemaschine mit einem Durchschnittsverbrauch von 1 kW kann also – nonstop – anderthalb Stunden betrieben werden, was für 120 Espressos (oder 60 Cappuccinos) reicht. Die Abwärme der Brennstoffzelle wird übrigens teilweise dem Speicher zugeführt; das hilft, seine Leistungsfähigkeit zu erhalten. Quantensprung im Bahncatering-Geschäft Michelangelo La Malfa, stellvertretender CEO bei elvetino und Projektleiter der neuen Minibar, spricht nach mehrjähriger Entwicklungszeit von einem „Quantensprung im Bahncatering-Geschäft“: „Dank der Brennstoffzellen können wir eine Kaffeemaschine auf der Minibar platzieren, die alle Kaffee-MilchProdukte herstellt, aber auch heisse Schokolade mit richtiger Milch.“ Das Catering-Unternehmen der SBB erwartet von der in Technik und Design modernisierten Minibar ein Umsatz-Plus bei den Kaffeeprodukten und – natürlich – von Milchschaum verwöhnte, zufriedene Bahnkunden. Zwei Innovationen In der neuen SBB Minibar stecken zwei bemerkenswerte technische Innovationen 'made in Switzerland'. Die erste betrifft die Luftbefeuchtung. Eine Brennstoffzelle braucht – um effizient zu arbeiten – einen gewissen Wassergehalt (genauer: Feuchtigkeit). Diese Feuchtigkeit wird üblicherweise durch einen eigens eingebauten Befeuchter erzeugt. Nachteil dieser Lösung: Die externe Komponente verkompliziert das System und verbraucht zusätzliche Energie. Um diese Nachteile zu vermeiden, erfolgt die Luftbefeuchtung bei der Systemlösung von CEKAtec intern in jeder einzelner Brennstoffzelle, also ohne
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23.04.2014 13:52
http://www.ee-news.ch/de/article/print/26921 Einbau eines externen Befeuchters. Für die Befeuchtung wird das Wasser verwendet, das bei der elektrochemischen Reaktion als 'Abfallprodukt' entsteht. Eine zweite Innovation betrifft die sogenannten Bipolarplatten, die die einzelnen Brennstoffzellen nach oben und unten abschliessen und die Aufgabe haben, die Reaktionspartner (Wasserstoff, Sauerstoff) über die Zelle zu verteilen und den entstehenden Strom abzuführen. In der Brennstoffzelle der SBB Minibar werden die Bipolarplatten untereinander mit flexiblen Graphitfolien abdichtet. Der Vorteil: Die Montage der Brennstoffzelle wird erleichtert, und wenn eine einzelne Zelle defekt ist, kann sie mühelos ausgetauscht werden. Die Graphitfolie hilft zudem, als Kühlrippe verlängert, beim Abführen der Prozesswärme mittels gewöhnliche Ventilatoren. Tiefere Betriebskosten CEKAtec geht davon aus, dass die Brennstoffzelle in der Minibar tiefere Betriebskosten verursachen wird als die bisher verwendeten Akkus. Jeder Akku muss nach Ablauf seiner Lebensdauer als ganzer ersetzt werden, was mit erheblichen Ersatzkosten einhergeht. Bei der Brennstoffzelle dagegen müssen jeweils nur die Verschleissteile ersetzt werden. „Aufgrund unserer Berechnungen gehen wir davon aus, dass unsere Brennstoffzellenlösung nach ca. 18 bis 24 Monaten günstiger ist. Diese Erwartung muss sich nun im Alltagsbetrieb bestätigen“, sagt Dr. Marco Santis. Funktionsschema Die Illustration links zeigt den Aufbau einer einzelnen Brennstoffzelle. Der mit MEA (engl. Membrane-Electrode-Assembly; dt. Membran-Elektroden-Einheit) bezeichnete Mittelteil bildet das eigentliche Herzstück: Hier läuft die elektrochemische Reaktion ab, die aus Wasserstoff und Sauerstoff elektrischen Strom, Wasser und Wärme erzeugt. Dieser Mittelteil wird oben und unten durch eine Bipolarplatte (bestehend aus zwei Fluss-Feld-Platten) abgeschlossen. Die Fluss-Feld-Platten haben eine doppelte Funktion: Sie verteilen die Reaktionspartner (Wasserstoff, Sauerstoff) gleichmässig über die gesamte Brennstoffzelle, und sie führen den elektrischen Strom ab. ©Text: Benedikt Vogel, im Auftrag des Bundesamts für Energie BFE 1 Kommentare > alle lesen Pascal @ 25. Jul 2013 08:30 Sehr gute Zusammenfassung, Erklärung! Vielen Dank, für das auf den "Punkt" bringen der doch komplexen zusammenhänge!
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23.04.2014 13:52
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Schweizer Eisenbahn-Revue 5/2014
zweite soll ab Anfang Mai rollen – wird eine angepasste Variante der neuen Minibar zum Einsatz kommen. Die Energie für die Kaffeemaschine liefert eine kleine Speicherbatterie, die über eine Brennstoffzelle versorgt wird. Batterie und Brennstoffzelle, an deren Entwicklung die Berner Fachhochschule in Biel massgeblich beteiligt war, sind im Bodenbereich des in beladenem Zustand rund 120 Kilo schweren Fahrzeugs untergebracht. Nach etwa 120 Kaffees oder 60 Cappuccinos muss der Wasserstoffspeicher ausgetauscht werden. Bis Ende Jahr sollen alle 100 Minibars durch das neue Modell ersetzt sein; für die abzulösenden „Wägelchen“ interessiert sich unter anderem die Spanische Staatsbahn.
Die neue SBB-Minibar wird geschoben und nicht mehr gezogen. In der Stele unterhalb des Schriftzugs „Minibar“ ist der Milchvorrat in Form handelsüblicher Getränkekartons versteckt (Foto: SBB).
Neue Minibar im Einsatz Ein Cappuccino oder eine heisse Schokolade mit Milchschaum von der Minibar – das verkaufen die Elvetino-Stewards seit 7. April in einigen IC-Zügen zwischen Zürich und Bern. Auf dieser Strecke rollen die ersten neuen Minibars, deren Kaffeemaschine Heissgetränke mit frischer Milch zubereiten kann; ausserdem werden die Waren deutlich ansprechender präsentiert als bisher. In den beiden IC 2000 mit Starbucks-Wagen – der
Die SBB haben erkannt, dass die Verlässlichkeit des Verpflegungsangebots in letzter Zeit ungenügend war. Sie wollen deshalb (wieder) garantieren, dass sämtliche IC-, ICN- und EC-Züge mindestens von 6.30 bis 19.00 Uhr ein Verpflegungsangebot – Speisewagen, Bistro oder Minibar – aufweisen. Speisewagen sind grundsätzlich mindestens bis 21 Uhr geöffnet. Die wenigen IR-Linien mit Minibar-Service (Luzern – Zürich, Luzern – Bern – Genève, Basel / Zürich – Locarno) werden, anders als die diesbezüglich verwirrend formulierte SBB-Mitteilung vermuten lässt, neu systematisch bedient: auf den beiden erstgenannten Strecken alle Züge, am Gotthard alle Züge von April bis Oktober an Wochenenden (Freitag bis Sonntag) auf der ganzen Strecke. In die ICN werden die Minibars nicht mehr zurückkehren, dafür sind bei Doppelkompositionen stets beide Speisewagen geöffnet. Mit dieser Konzeptänderung ist der Umsatz in den betroffenen Zügen um 15 Prozent gestiegen. (mr)
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