Jak działają procesory paliwowe

  • Cameron Merritt
  • 0
  • 1362
  • 127
Galeria obrazów AFV Ogniwo paliwowe o mocy 250 kW z wbudowanym reformerem gazu ziemnego. Zobacz zdjęcia pojazdów napędzanych paliwami alternatywnymi. Zdjęcie dzięki uprzejmości Ballard Power Systems

-Jeśli czytasz artykuł o ogniwach paliwowych, wiesz, że wytwarzają one energię elektryczną z wodoru i tlenu, a emitują tylko parę. Główny problem związany z ogniwami paliwowymi zasilanymi wodorem dotyczy przechowywania i dystrybucji wodoru. Aby uzyskać szczegółowe informacje, zobacz Jak działa gospodarka wodorowa. -

-Wodór nie jest paliwem o dużej gęstości energetycznej, co oznacza, że ​​zawiera mało energii na jednostkę objętości w porównaniu z paliwem płynnym, takim jak benzyna lub metanol. Zatem trudno jest zmieścić wystarczającą ilość wodoru w samochodzie zasilanym ogniwami paliwowymi, aby zapewnić mu rozsądny zasięg. Ciekły wodór ma dobrą gęstość energii, ale musi być przechowywany w ekstremalnie niskich temperaturach i wysokim ciśnieniu; utrudnia to przechowywanie i transport.

-Paliwa powszechne, takie jak gaz ziemny, propan i benzyna, a także mniej popularne, takie jak metanol i etanol, mają wodór w swojej strukturze molekularnej. Gdyby istniała technologia, która mogłaby usunąć wodór z tych paliw i wykorzystać go do zasilania ogniwa paliwowego, problem magazynowania i dystrybucji wodoru zostałby prawie całkowicie wyeliminowany.

Ta technologia jest w fazie rozwoju. Nazywa się to procesor paliwa, lub a reformator. W tym wydaniu dowiemy się, jak plik reformator parowy Pracuje.

Zawartość
  1. Cel procesorów paliwowych
  2. Steam Reformer
  3. Jak współdziałają procesor paliwa i ogniwo paliwowe
  4. Wady procesorów paliwowych

Zadaniem procesora paliwa jest dostarczenie względnie czystego wodoru do ogniwa paliwowego przy użyciu paliwa, które jest łatwo dostępne lub łatwe w transporcie. Przetwórcy paliwa muszą być w stanie to zrobić w efektywny sposób przy minimalnym zanieczyszczeniu - w przeciwnym razie w pierwszej kolejności negują korzyści płynące z zastosowania ogniwa paliwowego.

W przypadku samochodów głównym problemem jest magazynowanie energii. Aby uniknąć dużych, ciężkich zbiorników ciśnieniowych, zamiast gazu preferowane jest paliwo ciekłe. Firmy pracują nad procesorami do paliw płynnych, takich jak benzyna i metanol. Metanol to najbardziej obiecujące paliwo w perspektywie krótkoterminowej; można ją przechowywać i rozprowadzać w taki sam sposób, jak obecnie benzyna.

W przypadku domów i stacjonarnego wytwarzania energii preferowane są paliwa takie jak gaz ziemny lub propan. Wiele elektrowni i domów jest już podłączonych rurociągami do dostaw gazu ziemnego. Niektóre domy, które nie są podłączone do przewodów gazowych, mają zbiorniki na propan. Dlatego sensowne jest przekształcenie tych paliw w wodór do użytku w stacjonarnych ogniwach paliwowych.

Zarówno metanol, jak i gaz ziemny można przekształcić w wodór w postaci reformator parowy.

Istnieje kilka rodzajów reformerów parowych, jeden reforming metanol i inne reformowanie gazu ziemnego.

Reforming Metanol

Wzór cząsteczkowy metanolu to CH3O. Celem reformera jest usunięcie jak największej ilości wodoru (H.) z tej cząsteczki, minimalizując jednocześnie emisję zanieczyszczeń, takich jak tlenek węgla (WSPÓŁ). Proces rozpoczyna się od odparowania ciekłego metanolu i wody. W tym celu wykorzystuje się ciepło wytwarzane w procesie reformowania. Ta mieszanina metanolu i pary wodnej jest przepuszczana przez ogrzewaną komorę zawierającą katalizator.

Gdy cząsteczki metanolu uderzają w katalizator, rozpadają się na tlenek węgla (WSPÓŁ) i wodór (H.2):

Para wodna rozpada się na wodór i tlen; ten tlen łączy się z CO, tworząc CO2. W ten sposób uwalniane jest bardzo mało CO, ponieważ większość z niego jest przekształcana w CO2.

Reformowanie gazu ziemnego

Gaz ziemny, który składa się głównie z metanu (CH4), poddaje się podobnej reakcji. Metan w gazie ziemnym reaguje z parą wodną, ​​tworząc tlenek węgla i wodór.

Podobnie jak podczas reformingu metanolu, para wodna rozpada się na wodór i tlen, a tlen łączy się z CO, tworząc CO2.

Żadna z tych reakcji nie jest doskonała; trochę metanolu lub gazu ziemnego i tlenku węgla przedostają się bez reakcji. Są one spalane w obecności katalizatora, przy niewielkiej ilości powietrza dostarczającego tlen. To przekształca większość pozostałego CO w CO2, a pozostały metanol do CO2 i woda. Do oczyszczania wszelkich innych zanieczyszczeń, takich jak siarka, które mogą znajdować się w strumieniu spalin, można zastosować różne inne urządzenia.

Ważne jest, aby wyeliminować tlenek węgla ze strumienia spalin z dwóch powodów: Po pierwsze, jeśli CO przechodzi przez ogniwo paliwowe, wydajność i żywotność ogniwa ulegają zmniejszeniu; po drugie, jest to zanieczyszczenie regulowane przepisami, więc samochody mogą produkować tylko niewielkie jego ilości.

- Aby wytworzyć energię, kilka systemów musi współpracować, aby zapewnić wymaganą moc elektryczną. Typowy system składałby się z obciążenie elektryczne (na przykład dom lub silnik elektryczny), a ogniwo paliwowe i a procesor paliwa.

Weźmy przykład samochodu napędzanego ogniwami paliwowymi. Kiedy naciskasz pedał gazu (wodoru), kilka rzeczy dzieje się mniej więcej w tym samym czasie:

  • Sterownik silnika elektrycznego zaczyna dostarczać więcej prądu do silnika elektrycznego, a silnik elektryczny generuje większy moment obrotowy.
  • W ogniwie paliwowym reaguje więcej wodoru, wytwarzając więcej elektronów, które przedostają się przez silnik elektryczny i sterownik, nadążając za zwiększonym zapotrzebowaniem na moc.
  • Procesor paliwa zaczyna pompować więcej metanolu przez swój system, co wytwarza więcej wodoru. Kolejna pompa zwiększa przepływ wodoru do ogniwa paliwowego.

Podobna sekwencja zdarzeń ma miejsce w Twoim domu, gdy nagle zwiększysz zapotrzebowanie na energię elektryczną. Na przykład, gdy włącza się klimatyzacja, moc wyjściowa ogniwa paliwowego musi szybko rosnąć, w przeciwnym razie światła będą ściemniać się, aż ogniwo paliwowe będzie w stanie nadążyć.

Procesory paliwowe mają również wady, w tym zanieczyszczenie i ogólnie paliwo wydajność.

Zanieczyszczenie

Chociaż procesory paliwa mogą dostarczać gazowy wodór do ogniwa paliwowego, wytwarzając znacznie mniej zanieczyszczeń niż silnik spalinowy, nadal wytwarzają znaczną ilość dwutlenku węgla (CO2). Chociaż gaz ten nie jest zanieczyszczeniem podlegającym przepisom, podejrzewa się, że przyczynia się do globalnego ocieplenia.

Jeśli w ogniwie paliwowym używany jest czysty wodór, jedynym produktem ubocznym jest woda (w postaci pary). Brak CO2 lub jakikolwiek inny gaz jest emitowany. Ale ponieważ samochody napędzane ogniwami paliwowymi, które używają procesorów paliwa, emitują niewielkie ilości regulowanych zanieczyszczeń, takich jak tlenek węgla, nie będą kwalifikować się jako pojazdy o zerowej emisji (ZEV) zgodnie z kalifornijskimi przepisami dotyczącymi emisji. Obecnie głównymi technologiami, które kwalifikują się jako ZEV, są samochód elektryczny zasilany akumulatorem i samochód napędzany wodorem z ogniwami paliwowymi..

Zamiast próbować ulepszać przetwórców paliwa do poziomu, w którym nie będą emitować żadnych regulowanych zanieczyszczeń, niektóre firmy pracują nad nowatorskimi sposobami przechowywać lub wytwarzać wodór w pojeździe. Ovonic opracowuje urządzenie do przechowywania wodorków metali, które pochłania wodór podobnie jak gąbka. Eliminuje to potrzebę stosowania zbiorników wysokociśnieniowych i może zwiększyć ilość wodoru, który można przechowywać w pojeździe.

Powerball Technologies chce używać małych plastikowych kulek pełnych wodorku sodu, które po otwarciu i wrzuceniu do wody wytwarzają wodór. Produkt uboczny tej reakcji, ciekły wodorotlenek sodu, jest powszechnie stosowaną chemią przemysłową.

Wydajność

Inną wadą procesora paliwa jest to, że zmniejsza ogólną wydajność samochodu z ogniwami paliwowymi. Procesor paliwa wykorzystuje ciepło i ciśnienie, aby wspomóc reakcje, które powodują wydzielanie wodoru. W zależności od rodzaju używanego paliwa oraz wydajności ogniwa paliwowego i procesora paliwowego, poprawa wydajności w porównaniu z konwencjonalnymi samochodami benzynowymi może być dość niewielka. Zobacz to porównanie wydajności samochodu zasilanego ogniwami paliwowymi, samochodu napędzanego benzyną i samochodu elektrycznego.

Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się z linkami na następnej stronie.

Powiązane artykuły

  • Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
  • H-ow ogniwa paliwowe działają
  • Jak działają samochody hybrydowe
  • Jak działają samochody elektryczne
  • Jak działa gospodarka wodorowa
  • Jak działa benzyna
  • Jak działają katalizatory
  • Jak działa siła, moc, moment obrotowy i energia

Więcej świetnych linków

  • Kompaktowe procesory paliwa do samochodowych ogniw paliwowych
  • FuelCellMaterials.com
  • Reformowanie metanolu
  • Przetwarzanie paliwa
  • Procesory wielopaliwowe
  • Nowatorski procesor mikropaliwowy
  • Ford i Mobil robią postępy w zakresie nowego reformera benzyny do pojazdów z ogniwami paliwowymi
  • Opisy ogniw paliwowych



Jeszcze bez komentarzy

Najciekawsze artykuły o tajemnicach i odkryciach. Wiele przydatnych informacji o wszystkim
Artykuły o nauce, kosmosie, technologii, zdrowiu, środowisku, kulturze i historii. Wyjaśniasz tysiące tematów, abyś wiedział, jak wszystko działa