Brandstofcel
Biogas kan ook omgezet worden in elektriciteit door gebruik te maken van een brandstofcel. In een brandstofcel wordt waterstofgas met lucht door elektrodes geleid. Hierdoor vindt een chemische reactie plaats waarbij water wordt gevormd en elektrische energie vrij komt. Er vindt echter geen explosieve reactie plaats zoals in een verbrandingsmotor.

Aardgas uit Biomassa
Biogas kan niet rechtstreeks worden gebruikt in bijvoorbeeld een gasturbine om elektriciteit op te wekken. Het gas is immers nat en verontreinigd met bijvoorbeeld H2S en siloxanen.
De eerste pilottesten met de nieuwe technologie, die CO2, vocht en verontreinigingen in een aantal koelingstappen uit biogas verwijdert, zijn inmiddels afgerond. Deze vonden plaats op een rioolzuiveringsinstallatie in Nederland.

Brandstofcel                                                                                                                                    
Biogas kan ook omgezet worden in elektriciteit door gebruik te maken van een brandstofcel. In een brandstofcel wordt waterstofgas met lucht door elektrodes geleid. Hierdoor vindt een chemische reactie plaats waarbij water wordt gevormd en elektrische energie vrij komt. Er vindt echter geen explosieve reactie plaats zoals in een verbrandingsmotor.

Het voordeel van gebruik van een brandstofcel is het hoge elektrisch rendement: maximaal ca. 55% elektrisch en 35% thermisch. Het thermische rendement is mede afhankelijk van de temperatuur waarop de warmte beschikbaar moet komen. Voor toepassing op het veehouderijbedrijf is een temperatuur van ongeveer 80°C₂ nodig als katalysator. Biogas bestaat juist uit deze twee gassen. Wel is de MCFC gevoelig voor verontreinigingen in de gassen. Met name de resten van H₂S in biogas zullen daarom verwijderd moeten worden. voldoende. Dan kan een warmterendement van 35% gehaald worden. De geproduceerde warmte kan vrijwel volledig op het veehouderijbedrijf benut worden. Wanneer de warmtebehoefte van de vergister in de winter hoger is dan de standaard leverantie van de brandstofcel, kan de cel bijgesteld worden. Het warmterendement kan dan worden opgevoerd ten koste van het elektrische rendement. Zo kan ervoor gezorgd worden dat aan de warmtebehoefte van de biogasinstallatie steeds wordt voldaan. Er zijn diverse typen brandstofcellen. Deze typen onderscheiden zich door de gebruikte materialen van de elektrodes en de werktemperatuur. Voor gebruik met biogas zou een gesmolten carbonaat brandstofcel (molten carbonate fuel cell, MCFC) het beste passen. Bij de MCFC die nu door het ECN te Petten ontwikkeld wordt, hoeft het waterstof niet buiten de brandstofcel afgescheiden te worden, maar gebeurt dit in de brandstofcel zelf. In dit type MCFC is ook CO₂ nodig als katalysator. Biogas bestaat juist uit deze twee gassen. Wel is de MCFC gevoelig voor verontreinigingen in de gassen. Met name de resten van H₂S in biogas zullen daarom verwijderd moeten worden.

Voordelen van brandstofcellen

Schoon en stil
Brandstofcellen worden wel aangeduid als "nul-emissie-technologie". Dat is één van de redenen waarom brandstofcellen al geruime tijd in de belangstelling staan. Ze kunnen worden aangewend om op vrijwel elke locatie elektriciteit te genereren. Stil en zonder uitstoot van schadelijke stoffen. Dus ook vlak naast bebouwing, of in kwetsbare natuurgebieden. De toepassing in voertuigen kwam in 1990 voor het eerst serieus in beeld toen de staat Californië maatregelen aankondigde om de luchtverontreiniging door personenauto’s tot vrijwel nul te reduceren. Dat kan eigenlijk alleen door gebruik te maken van elektrische aandrijving. Elektrische auto’s zijn nul-emissie voertuigen bij uitstek. Echter, met accu’s kan niet worden voldaan aan de eisen met betrekking tot actieradius. Daarnaast is de tijd benodigd voor "tanken" onacceptabel, en zijn de kosten hoog. Met brandstofcellen uitgeruste elektrische auto’s bieden wel perspectieven, en kennen eveneens geen uitstoot van NOx, SO₂, CO, koolwaterstoffen en deeltjes. Bij lage snelheden wordt het geluid dat auto’s maken voornamelijk bepaald door de motor (bij hogere snelheden overheerst het geluid van de banden). Brandstofcelvoertuigen produceren geen motorgeluid. Dit zal bijdragen aan het stiiler maken van woonwijken en stadskernen.

Hoger rendement
Met brandstofcellen kan elektriciteit efficiënt worden opgewekt. Doordat ze nabij bebouwing kunnen worden toegepast, kan de restwarmte efficiënt worden ingezet, waardoor het totaalrendement toeneemt. Vergeleken met conventionele technieken zoals zuigermotoren en gasturbines is een hoger rendement vooral mogelijk bij betrekkelijk gering vermogen (lager dan enkele MW) en/of bij sterk wisselende belasting. Gasturbines en zuigermotoren hebben geen goed deellastrendement. Brandstofcellen wel. Zo kunnen met name auto’s zuiniger worden aangezien automotoren vrijwel altijd in deellast werken. Afhankelijk van de toepassing (stedelijk vervoer of snelweg) en te gebruiken brandstof (waterstof of eventueel benzine maar dan in combinatie met een reformer) kan het brandstofverbruik met 50% afnemen. Een belangrijk voordeel in het licht van de CO₂-problematiek en energiebesparing.

Brandstofdiversificatie
Omdat brandstofcelvoertuigen niet zijn aangewezen op aardolieproducten, neemt de voorzieningszekerheid toe. Waterstof zal in de toekomst worden geproduceerd door elektrolyse van water. De hiervoor benodigde elektriciteit wordt opgewekt met windenergie, zonne-energie of waterkracht. Ook kunnen bio-brandstoffen worden ingezet. Vóór dat op deze wijze op grote schaal waterstof beschikbaar komt, kan in combinatie met een reformer ook gebruik gemaakt worden van bijvoorbeeld aardgas. Zelfs productie uit benzine, aan boord van een auto, behoort tot de mogelijkheden.

Transitietechnologie
De energievoorziening van de toekomst zal in steeds grotere mate afhankelijk zijn van hernieuwbare energiebronnen zoals wind, zon, waterkracht en biomassa. Vervoer en opslag van op deze wijze opgewekte energie zullen voornamelijk plaatsvinden in de vorm van H2. De brandstofcel is dé technologie bij uitstek voor verder gebruik van deze H2. Met de invoering van brandstofcel wordt derhalve de transitie ingezet van onze huidige, op fossiele brandstoffen gebaseerde maatschappij, naar de maatschappij van de toekomst, gebaseerd op hernieuwbare energiebronnen.

"Enabling Technology"
Zonder brandstofcellen was de reis van de Apollo naar de maan niet mogelijk geweest. Geen andere techniek was in staat om de voor deze reis nodige elektrische energie zó efficiënt op te wekken. Ook nu nog bieden brandstofcellen unieke toepassingsmogelijkheden. Een voorbeeld is de toepassing in auto's. Daar bieden ze dé mogelijkheid bij uitstek voor een geheel nieuw ontwerp. Automobielbouwers als General Motors voorzien een toekomst waarin elektrische en hydraulische functies als sturen en remmen door servomotoren zijn overgenomen. In zo’n ontwikkeling past een technologie die direct, zonder dynamo, elektrische energie in grote hoeveelheden beschikbaar maakt. Daarnaast is de vormgeving van de brandstofcel niet opgelegd door de aanwezigheid van een krukas, drijfstangen en cilinders met zuigers. De brandstofcel is modulair en kan vrijwel elke vorm aannemen. In combinatie met servobesturing ontstaat een ontwerpvrijheid die veel groter is dan die welke de ontwerpers vandaag de dag wordt gegund. Ook elders kunnen brandstofcellen een doorbraak betekenen.

Figuur: Functioneren brandstofcel

Figuur: Opbouw brandstofcel