DE10008823A1 - Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

Abstract

Ein Brennstoffzellensystem umfaßt eine Brennstoffzelle, Leitungs- und Ventilmittel zum Zuführen von Brennstoffen, einen Brennstoffspeicher und eine zuleitungsseitig zum Brennstoffspeicher angeordnete Verdichtereinrichtung, wobei ableitungsseitig zum Brennstoffspeicher eine Expansionseinrichtung angeordnet ist. Beim Betrieb des Brennstoffzellensystems wird Brennstoff mittels einer Verdichtereinrichtung unter Druck in einem Brennstoffspeicher gespeichert. Dabei wird der Druck in dem Brennstoffspeicher so hoch gewählt, daß im Brennstoff enthaltenes CO¶2¶ durch Verflüssigung vom Brennstoff abgetrennt wird. Bei Abgabe des Brennstoffes aus dem Brennstoffspeicher wird dieser durch die Expansionseinrichtung hindurchgeleitet. Über die geleistete Expansionsarbeit des Brennstoffes wird ein Teil der für die Verdichtung benötigten Energie zurückgewonnen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems.

Brennstoffzellen sind aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades und der geringen Umweltbelastung zunehmend für den Einsatz in Fahr­ zeugen von Interesse. Gerade beim Einsatz in Fahrzeugen unter­ liegen diese Systeme beim Starten/Anfahren und hinsichtlich dem schnellen Reagieren auf unterschiedliche Lastbeanspruchungen besonderen Anforderungen.

Aus der US-PS 5.686.196 ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, das eine Brennstoffzelle, ein Reformer und eine Speichereinheit für Wasserstoff umfaßt. Ein Teil des durch Reformation erzeug­ ten Wasserstoffes wird bei niedrigem Druck in fester Form in einem Metallhydridspeicher zwischengespeichert und bei Bedarf, insbesondere beim Hoch- und Herunterfahren des Systems, über eine Mischvorrichtung der Brennstoffzelle zugeführt.

Aus der US-PS 4.349.613 ist ein Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Lithium-Hochenergie-/Wasserstoff-Sauerstoff- Brennstoffzelle bekannt. Dabei wird eine Speicherbatterie für einen Lastausgleich der Ströme von Brennstoffzelle und Lithium­ zelle und zur Laststeuerung eines Motors parallel zur Brenn­ stoffzelle und zur Lithiumzelle betrieben. Weiterhin wird Wasserstoff in einem Metallhydridreservoir, einem Druckbehälter oder einer Niederdruckleitung vor dem Zuführen zur Brennstoff­ zelle gespeichert.

Aus der US-PS 5.962.155 ist ein Brennstoffzellensystem mit ei­ nem Wasserstoffspeicherbehälter bekannt. Der Speicherbehälter ist mit einer wasserstoffabsorbierenden Legierung gefüllt und auswechselbar ausgebildet. Der Brennstoffzellenkörper einer Brennstoffzelle und der Speicherbehälter sind über einen guten Wärmeleiter miteinander verbunden, um die Abwärme der Brenn­ stoffzelle zum Erwärmen des Speicherbehälters zu nutzen bzw. die Brennstoffzelle zu kühlen.

Aus der US-PS 4.659.634 ist eine elektrochemische Energieerzeu­ gungsvorrichtung mit Brennstoffzellen bekannt, bei der Wasser­ stoff für die Brennstoffzellen in einem Reformer erzeugt wird. Das Anfahren des Systems erfolgt mit Wasserstoffgas, das zuvor in einem Druckzylinder gespeichert wurde.

Aus der US-PS 4.904.548 ist ein Verfahren zum Steuern bzw. Re­ geln einer Brennstoffzelle bekannt. Eine Reserve- bzw. Sicher­ heitsbatterie ist zur Brennstoffzelle parallel geschaltet und dient zum schnellen Abdecken von Lastspitzen.

Aus der US-PS 4.657.829 ist eine Energieerzeugungvorrichtung mit Brennstoffzellen für Fahrzeuge bekannt. Der Brennstoff für die Brennstoffzelle wird mitttels Methanolreformierung bereit­ gestellt. Bei Betriebsphasen mit niedrigem Energiebedarf wird ein Teil der in der Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Energie zum Erzeugen von Sauerstoff und Wasserstoff durch Elek­ trolyse von Wasser verwendet. Der erzeugte Sauerstoff und Was­ serstoff wird in Druckkesseln gespeichert. Bei hohem Leistungs­ bedarf, z. B. beim Starten und bei Beschleunigungen, wird die Brennstoffzelle nur mit reinem Sauerstoff und Wasserstoff be­ trieben.

Aus der US-PS 5.728.483 ist ein System zum Speichern von Was­ serstoff und zur Verwendung von Wasserstoff als Energiequelle bekannt. Dabei ist als Speicher ein Druckbehälter zum Speichern von flüssigem Wasserstoff und ein Wasserstoff-Metallhydrid­ speicher vorgesehen. Das beim Befüllen mit flüssigem Wasser­ stoff entweichende und das während der Speicherung im Flüs­ sigspeicher entstehende Wasserstoffgas wird in dem Metallhy­ dridspeicher gespeichert. Aus dem Wasserstoff wird mittels Brennstoffzelle elektrische Energie erzeugt.

Aus der US-PS 5.229.222 ist ein Brennstoffzellensystem mit ru­ higem Anfahrverhalten bekannt. Das System hat einen Haupt- und Hilfsspeicher aus wasserstoffabsorbierenden Legierungen, wobei die Legierung des Hilfsspeichers einen höheren Wasserstoff- Absorption/Desorption-Gleichgewichtsdruck aufweist. Beim sta­ tionären Betrieb speist der Hauptspeicher den Hilfsspeicher mit Wasserstoff. Während der Anfahrphase wird der Wasserstoff des Hilfsspeichers verwendet, bis mit Erreichen der Betriebs­ temperatur der Absorption/Desorption-Gleichgewichtsdruck des Hauptspeichers größer als der des Hilfsspeichers ist.

Aus der US-PS 5.527.632 ist ein Brennstoffzellensystem mit Brennstoffzellenstack, Reformer und Wasserstoffspeicher be­ kannt. Der Wasserstoffspeicher ist als Metallhydridspeicher oder Druckbehälter ausgebildet und wird während des Reformerbe­ triebs mit Wasserstoff befüllt. Über den Wasserstoffspeicher wird der Wasserstoffbedarf für die Brennstoffzelle bei geringen Lastanforderungen, zur schnellen Reaktion auf Lastspitzen und zum Starten des Reformers abgedeckt. Dadurch kann der Reformer in einem Ein-Aus-Betrieb betrieben werden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffzellensystem, das einfach und kompakt aufgebaut ist und eine verbesserte Energiebilanz beim Starten und bei Last­ spitzen aufweist, sowie ein Verfahren zum Betrieb desselben zu schaffen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Emissionsbelastung beim Starten zu verringern.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden sowohl ein Brennstoffzellensy­ stem mit den Merkmalen des Anspruches 1 als auch Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit den Merkmalen des An­ spruches 13 und des Anspruches 14 vorgeschlagen.

Erfindungsgemäß ist demnach bei einem Brennstoffzellensystem ableitungsseitig zum Brennstoffspeicher eine Expansionseinrich­ tung angeordnet. Durch die zuleitungsseitige Verdichtereinrich­ tung wird der Brennstoff für die Brennstoffzellen unter Druck im Brennstoffspeicher gespeichert. Durch die Speicherung unter hohem Druck kann das Verhältnis von Brennstoffmenge zu Spei­ chervolumen erhöht werden. Für die Komprimierung des Gases muß dabei jedoch eine entsprechende Energiemenge aufgebracht wer­ den. Erfindungsgemäß kann ein Teil dieser aufzuwendenden Ener­ gie bei Abgabe des Brennstoffes aus dem Brennstoffspeicher mit­ tels der Expansionseinrichtung genutzt werden.

Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb ei­ nes Brennstoffzellensystems durchströmt der Brennstoff bei Ab­ gabe aus dem Brennstoffspeicher die Expansionseinrichtung und über die geleistete Expansionsarbeit des Brennstoffes kann ein Teil der für die Verdichtung benötigten Energie zurückgewonnen werden. Vorteilhafterweise wird dadurch eine bessere Energiebi­ lanz erreicht. Die Expansionseinrichtung kann dazu verwendet werden, andere Geräte wie Pumpe, Kompressor oder Dynamo anzutreiben oder selbst als eine entsprechende, durch den durch­ strömenden Brennstoff angetriebene Vorrichtung ausgebildet sein. Die gewonnene Energie kann auch in elektrische Energie umgewandelt werden, um beispielsweise Geräte anzutreiben und/oder diese in einer Batterie zu speichern.

Gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Be­ trieb eines Brennstoffzellensystems ermöglicht, bei dem der Brennstoff von Kohlendioxid gereinigt wird. Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren der Druck in dem Brennstoffspeicher so hoch gewählt, daß im Brennstoff enthaltenes CO₂ durch Verflüs­ sigung vom Brennstoff abgetrennt wird. Auf vorteilhafte Art und Weise wird erreicht, daß im Brennstoffspeicher eine um den ab­ getrennten CO₂-Anteil erhöhte Brennstoffmenge gespeichert wer­ den kann, wobei der von CO₂ gereinigte Brennstoff außerdem ei­ nen höheren Brennwert aufweist. Die Verwendung des Brennstoffes aus dem Brennstoffspeicher mit höherem Brennwert ist insbeson­ dere beim Anfahren bzw. beim Starten des Systems von Vorteil, weil hierdurch kürzere Start- bzw. Warmlaufzeiten erreicht wer­ den können. Auch zum Abdecken von Lastspitzen, wie sie z. B. bei Beschleunigungen auftreten, kann der von CO₂ gereinigte Brenn­ stoff mit höherem Brennwert der Brennstoffzelle als zusätzli­ cher oder ausschließlicher Brennstoff zugeführt werden.

Zumindest in einigen Staaten der USA wird, anders als derzeit in Europa, auch CO₂ zu den Schadstoffabgasen bei Kraftfahrzeu­ gen gezählt. Durch die Verwendung des Brennstoffes aus dem Brennstoffspeicher wird ein schadstofformerer bzw. CO₂-freier Betrieb des Brennstoffzellensystems ermöglicht. Ein solcher Be­ trieb ist in weitgehend geschlossenen Räumen, wie in Parkhäu­ sern oder Tunneln, aber auch z. B. bei Parkplätzen in unmittel­ barer Nähe zu Wohnhäusern von Vorteil. Dabei werden die Abgase gerade in der schadstoffreichen Startphase, insbesondere bei noch nicht warmgelaufenem System, reduziert. Zusätzlich kann vorgesehen sein, die Belastung der Außenluft durch Sensoren zu erfassen, um gegebenenfalls, z. B. bei Tunneldurchfahrten, durch Verwendung des Brennstoffes aus dem Brennstoffspeicher auf die schadstoffärmere Betriebsweise umzuschalten. Dabei kann diese Betriebsweise mit den bekannten automatisch arbeitenden Umluft­ systemen von Kraftfahrzeugen kombiniert werden, um so nicht nur die Außenluft vom Innenraum fernzuhalten bzw. zu filtern, son­ dern gleichzeitig auch aktiv eine weitere Belastung der Außen­ luft zu vermeiden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung treibt die Expansionseinrichtung eine zweite Verdichtereinrichtung zum Verdichten der Verbrennungsluft mindestens unterstützend an. Diese zweite Verdichtereinrichtung ist vorzugsweise ein Kom­ pressor. Ein solche Anordnung ist insbesondere beim Anfahren bzw. Starten des Systems zweckmäßig, da die Brennstoffzelle zu diesem Zeitpunkt noch keine elektrische Energie erzeugt. Da­ durch wird der Bedarf an elektrischer Energie gesenkt, so daß eine Startbatterie entsprechend kleiner dimensioniert werden kann bzw. unter Umständen während der Startphase nur für den Betrieb anderer Zusatzaggregate vorzusehen ist. Bei Lastspit­ zen, z. B. wenn das Fahrzeug beschleunigt, erhält die zweite Verdichtereinrichtung über die Expansionseinrichtung ein zu­ sätzliches Antriebsmoment, so daß nicht nur eine entsprechende Menge Brennstoff aus dem Brennstoffspeicher zugeführt wird, sondern auf diese Art und Weise auch eine höhere Verdichtung der Verbrennungsluft erreicht werden kann.

Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung umfassen die Expansionseinrichtung und die zweite Verdich­ tereinrichtung ein gemeinsames Antriebsmittel, das vorzugsweise eine Antriebswelle ist. Dadurch wird eine einfache und kompakte Bauform erreicht. Es ist aber auch möglich, die gewonnene Ener­ gie in elektrische Energie umzuwandeln, um damit die zweite Verdichtereinrichtung zumindest unterstützend anzutreiben.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Kupplungsmittel vorgesehen, über die die Expansionsein­ richtung und/oder die zweite Verdichtereinrichtung an das ge­ meinsame Antriebsmittel an- und abkuppelbar sind. Dadurch wird gewährleistet, daß die zweite Verdichtereinrichtung antriebsmä­ ßig von der Expansionseinrichtung getrennt werden kann, um ein Mitlaufen der Expansionseinrichtung, z. B. wenn aus dem Brenn­ stoffspeicher kein Brennstoff entnommen wird, zu verhindern.

Bei einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung sind Zu- und Ableitung des Brennstoffspeichers durch eine einzige Leitung und die erste Verdichtereinrichtung und die Expansionseinrich­ tung durch eine einzige Mehrzweckeinrichtung ausgebildet, wobei die Mehrzweckeinrichtung sowohl als Verdichter als auch Expan­ der betreibbar ist. Dadurch wird ein besonders platzsparender und einfacher Aufbau ermöglicht. Durch die Verwendung einer einzigen Vorrichtung als Verdichter und Expander wetten außer­ dem Kosten gespart. Eine solche Vorrichtung kann z. B. durch ei­ nen Membrankompressor oder eine Turbine verwirklicht sein. Beim Speichern von Brennstoff im Brennstoffspeicher werden diese als eine Verdichtereinrichtung verwendet. Läßt man den Brennstoff bei der Entnahme aus dem Brennstoffspeicher durch diese hin­ durch strömen, so wirken diese als eine Expansionseinrichtung, d. h. werden von dem durchströmenden Brennstoff getrieben. Durch einen zeitweisen Rückwärtsbetrieb der Verdichtereinrichtung bei der Entnahme des Brennstoffes kann die Verdichtereinrichtung somit auf einfache Art und Weise als Expansionseinrichtung be­ trieben werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfaßt der Brennstoffspeicher eine Sammelvorrichtung für flüssig abge­ schiedenes CO₂. Das CO₂ kann dadurch gesammelt und zu bestimm­ ten Zeiten bzw. an bestimmten Orten freigegeben werden.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Brennstoffzellensystem einen Reformer zum Erzeugen des Brenn­ stoffes umfaßt, wobei der erzeugte Brennstoff teilweise der Brennstoffzelle und/oder dem Brennstoffspeicher zugeführt wird. Dadurch kann der Brennstoff für die Brennstoffzelle, nämlich Wasserstoff bzw. wasserstoffreiches Gas, vorteilhaft aus z. B. Methanol, Alkoholen, LPG (Liquid Petroleum Gas) oder NG (Natu­ ral Gas) bei Bedarf erzeugt werden. Diese Ausgangsstoffe sind im Vergleich zu Wasserstoff einfacher/problemloser zu speichern und weisen ein besseres Verhältnis von Speichervolumen pro Masse auf. Solche Systeme einschließlich der notwendigen nach­ geschalteten Reinigungsstufen sind dem Fachmann bekannt, so daß hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand von zwei Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensytems, und

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensytems, bei dem Verdichtereinrichtung und Expansionseinrichtung als ei­ ne Einrichtung verwirklicht sind.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems. Das Brenn­ stoffzellensystem umfaßt eine Brennstoffzelle 1, die eine Anode 1b und Kathode 1a aufweist. Die Anode 1a wird über Leitungen 8 und 13 mit Brennstoff und die Kathode 1b wird über eine Leitung 9 mit Verbrennungsluft versorgt.

Der Brennstoff, nämlich Wasserstoff bzw. wasserstoffhaltiges Gas, wird in einem Reformer 10 erzeugt, der durch einen kataly­ tischen Brenner 11 geheizt wird. Das erzeugte wasserstoffreiche Gas wird anschließend durch eine oder mehrere CO- Reinigungsstufen 12 hindurchgeführt. Dabei kann es sich z. B. um eine CO-Shift-Stufe oder eine CO-Oxidationstufe handeln. Syste­ me zur Reformierung von Wasserstoff aus beispielsweise Metha­ nol, Alkoholen, LPG (Liquid Petroleum Gas) oder NG (Natural Gas) sind dem Fachmann bekannt, weswegen hier auf eine detai­ lierte Darstellung und Beschreibung verzichtet wird.

Das gereinigte wasserstoffhaltige Gas wird über eine Leitung 13 der Brennstoffzelle 1 direkt zugeführt oder in einem Brenn­ stoffspeicher 2 gespeichert. Zur Steuerung der Gasführung sind (nicht dargestellte) Ventile vorgesehen. Dabei kann der erzeug­ te Brennstoff vollständig oder auch nur anteilig an die Brenn­ stoffzelle 1 und/oder den Brennstoffspeicher 2 weitergeleitet werden. In der Zuleitung 7 des Brennstoffspeichers 2 ist eine erste Verdichtereinrichtung 4 angeordnet. Diese ist vorzugswei­ se ein Membrankompressor 4. Es ist aber auch die Verwendung ei­ ner Turbine oder anderer geeigneter Verdichtereinrichtungen möglich.

Mittels des Membrankompressors 4 wird der Brennstoff in dem Brennstoffspeicher 2 unter einem derart hohen Druck gespei­ chert, daß das im Brennstoff enthaltene CO₂ durch Verflüssigung abgetrennt wird. Beipielsweise muß bei einer Temperatur von 31 °C ein Druck gewählt werden, der größer als 76 bar ist. Das flüssige CO₂ wird in einer Sammelvorrichtung 3 gesammelt und kann über einen (nicht dargestellten) Ausgang abgegeben werden.

Mit Membrankompressoren können Drücke von bis zu 1000 bar er­ reicht werden. Unter anderem ist die im Brennstoffspeicher speicherbare Brennstoffmenge vom Druck abhängig. Mit steigendem Druck nimmt auch die dafür aufzubringende Energiemenge zu. Bei der Abgabe des Brennstoffes durchströmt das Gas eine Expansi­ onseinrichtung 5, die in der Ableitung 8 des Brennstoffspei­ chers 2 angeordnet ist. Die Expansionseinrichtung 5 ist vor­ zugsweise ein Membrankompressor. Der Membrankompressor 5 ist über ein gemeinsames Antriebsmittel 17, das vorzugsweise eine Antriebswelle ist, mit einer zweiten Verdichtereinrichtung 6 verbunden, die in der Zuleitung 6 für die Verbrennungsluft an­ geordnet ist. Zum Trennen der Verbindung des Membrankompressors 5 und/oder der zweiten Verdichtereinrichtung 6 von der An­ triebswelle 17 sind (nicht dargestellte) Kupplungsmittel vorge­ sehen. Die zweite Verdichtereinrichtung 5 kann beispielsweise ein Kompressor sein.

Beim Ausströmen des Brennstoffes wird über die Expansionsein­ richtung 5 ein Teil der zum Druckspeichern des Brennstoffes be­ nötigten Energie zurückgewonnen und für den Antrieb oder den unterstützenden Antrieb des Kompressors 5 verwendet. Brennstoff aus dem Brennstoffspeicher 2 wird der Brennstoffzelle 1 wie be­ reits vorstehend beschrieben beim Starten, zur schnellen Reak­ tion auf Lastspitzen oder für eine CO₂-freie Emission zuge­ führt. Dabei kann ausschließlich Brennstoff aus dem Brenn­ stoffspeicher 2 und/oder Brennstoff von dem Reformers 10 über die Leitungen 13 und 8 der Brennstoffzelle 1 zugeführt werden. Dazu sind (nicht dargestellte) Ventile vorgesehen.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei gleiche Komponenten mit den gleichen Be­ zugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Auf eine wiederho­ lende Beschreibung wird verzichtet. In Fig. 2 sind die erste Verdichtereinrichtung 4 und die Expansionseinrichtung 5 als ei­ ne Mehrzweckeinrichtung 14 ausgeführt, die zeitweise als ein Verdichter oder als eine Expandereinrichtung betreibbar ist. Die Mehrzweckeinrichtung 14 ist vorzugsweise ein Membrankom­ pressor 14, der durch Rückwärtsbetrieb als eine Expansionsein­ richtung wirkt. Die Leitung 15 wird als Zuleitung oder Ablei­ tung betrieben. Dazu sind (nicht dargestellte) Ventile und/oder Rückschlagventile vorgesehen. Über die Leitung 16 wird die An­ ode 1b der Brennstoffzelle 1 mit Brennstoff aus dem Brenn­ stoffspeicher 2 versorgt. Dabei kann ausschließlich Brennstoff aus dem Brennstoffspeicher 2 und/oder Brennstoff von dem Refor­ mer 10 über die Leitungen 13 und 16 der Brennstoffzelle 1 zuge­ führt werden. Ein gleichzeitiges Befüllen mit Brennstoff und eine Abgabe von Brennstoff aus dem Brennstoffspeicher 2 ist an­ ders als bei der ersten Ausführungsform nicht möglich. Die zweite Ausführungsform stellt eine im Aufbau besonders kompakte und kostengünstige Ausführung der Erfindung dar.

Claims (22)

1. Brennstoffzellensystem, umfassend eine Brennstoffzelle (1), Leitungs- und Ventilmittel zum Zuführen von Brennstoffen, einen Brennstoffspeicher (2) und eine zuleitungsseitig zum Brenn­ stoffspeicher angeordnete Verdichtereinrichtung (4, 14), dadurch gekennzeichnet, daß ableitungsseitig zum Brennstoffspeicher eine Expansionsein­ richtung (5, 14) angeordnet ist.

2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei das Brenn­ stoffzellensystem eine zweite Verdichtereinrichtung (6) zum Verdichten der Verbrennungsluft für die Brennstoffzelle (1) um­ faßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionseinrichtung (5, 14) die zweite Verdichtereinrichtung (6) zumindest unterstüt­ zend antreibt.

3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Expansionseinrichtung (5, 14) und die zweite Ver­ dichtereinrichtung (6) ein gemeinsames Antriebsmittel (17) auf­ weisen.

4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das gemeinsame Antriebsmittel (17) eine Antriebswelle ist.

5. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Expansionseinrichtung (5, 14) und/oder die zweite Verdichtereinrichtung (6) über Kupplungs­ mittel an das gemeinsame Antriebsmittel (17) an- und abkuppel­ bar vorgesehen sind.

6. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß Zu- und Ableitung (7, 8) des Brenn­ stoffspeichers (2) durch eine einzige Leitung (15) und die er­ ste Verdichtereinrichtung (4) und die Expansionseinrichtung (5) durch eine einzige Mehrzweckeinrichtung (14) ausgebildet sind, wobei die Mehrzweckeinrichtung (14) sowohl als Verdichter als auch Expander betreibbar ist.

7. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste Verdichtereinrichtung (4, 14) und/oder die Expansionseinrichtung (5, 14) ein Membrankom­ pressor ist.

8. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste Verdichtereinrichtung (5, 14) und/oder die Expansionseinrichtung (5, 14) ein Turbine ist.

9. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Brennstoffspeicher (2) ein Druck­ behälter ist.

10. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffspeicher (2) eine wasserstoffabsorbierende Legierung als Speichermedium umfaßt.

11. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffspeicher (2) eine Sammelvorrichtung (3) für flüssig abgeschiedenes CO₂ umfaßt.

12. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffzellensystem einen Reformer (10) zum Erzeugen des Brennstoffes umfaßt.

13. Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem Brennstoffmittels einer Verdichtereinrichtung (4, 14) unter Druck in einem Brenn­ stoffspeicher (2) gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff bei Abgabe aus dem Brennstoffspeicher (2) eine Expansionseinrichtung (5, 14) durchströmt und über die ge­ leistete Expansionsarbeit des Brennstoffes ein Teil der für die Verdichtung benötigten Energie zurückgewonnen wird.

14. Verfahren zum Betrieb Brennstoffzellensystems nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem Brennstoff mittels einer Ver­ dichtereinrichtung (4, 14) unter Druck in einem Brennstoffspei­ cher (2) gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in dem Brennstoffspeicher (2) so hoch gewählt wird, daß im Brennstoff enthaltenes CO₂ durch Verflüssigung vom Brennstoff abgetrennt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Expansionseinrichtung (5, 14) eine zweite Verdich­ tereinrichtung (6) für die Verbrennungsluft der Brennstoffzelle (1) zumindest unterstützend angetrieben wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verdichten und/oder die Expansion mit einem Membrankompressors ausgeführt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verdichten und/oder die Expansion mit einer Turbine ausgeführt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Verdichtereinrichtung (4, 14) zeitweise rückwärts betrieben wird, um die erste Verdich­ tereinrichtung (4, 14) als Expansionseinrichtung (5, 14) zu betreiben.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Brennstoff aus dem Brennstoffspeicher (2) der Brennstoffzelle (1) beim Starten des Brennstoffzellensy­ stems zugeführt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Brennstoff aus dem Brennstoffspeicher (2) der Brennstoffzelle (1) zum Abdecken von Lastspitzen des Brenn­ stoffzellensystems zugeführt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zeitweise ausschließlich der Brennstoff aus dem Brennstoffspeicher (2) der Brennstoffzelle (1) zugeführt wird, um eine CO₂-freie Emission zu gewährleisten.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Brennstoff durch Reformierung in einem Reformer (11) erzeugt wird, wobei der erzeugte Brennstoff teilweise der Brennstoffzelle (1) und/oder dem Brennstoffspei­ cher (2) zugeführt wird.