Sådan fungerer brændstofprocessorer

  • Vlad Krasen
  • 0
  • 5021
  • 15
AFV Billedgalleri En brændselscelle på 250 kW med en indbygget reform af naturgas. Se billeder af alternative brændstofbiler. Foto med tilladelse fra Ballard Power Systems

-Hvis du læser artiklen om brændselsceller, ved du, at de producerer elektricitet fra brint og ilt og kun udsender damp. Det største problem med brintdrevne brændselsceller involverer lagring og distribution af brint. Se hvordan Hydgrogen Economy fungerer for detaljer. -

-Brintgas er ikke et meget energitæt brændstof, hvilket betyder, at det indeholder lidt energi pr. Volumenhed sammenlignet med et flydende brændstof som benzin eller methanol. Så det er vanskeligt at montere nok brintgas i en brændselscelledrevet bil til at give den en rimelig køreafstand. Flydende brint har god energitæthed, men det skal opbevares ved ekstremt lave temperaturer og høje tryk; dette gør opbevaring og transport af det temmelig vanskeligt.

-C-ommon brændstoffer som naturgas, propan og benzin og mindre almindelige brændsler som methanol og ethanol har alle brint i deres molekylstruktur. Hvis der var en teknologi, der kunne fjerne brintet fra disse brændstoffer og bruge det til at drive brændselscellen, ville brintoplagrings- og distribueringsproblemet blive fjernet næsten udelukkende.

Denne teknologi er under udvikling. Det kaldes en brændstofprocessor, eller a reformator. I denne udgave af lærer vi, hvordan dampreformator arbejder.

Indhold
  1. Formålet med brændstofprocessorer
  2. Steam-reformatoren
  3. Sådan fungerer brændstofprocessoren og brændselscellen sammen
  4. Ulempen med brændstofprocessorer

Brændstofprocessorens opgave er at tilvejebringe relativt rent brint til en brændselscelle ved hjælp af et brændstof, der er let tilgængeligt eller let transporterbart. Brændstofprocessorer skal være i stand til at gøre dette på en effektiv måde med et minimum af forurening - ellers bortfalder de fordelene ved at bruge en brændselscelle i første omgang.

For biler er det vigtigste spørgsmål energilagring. For at undgå at have store tunge trykbeholdere foretrækkes et flydende brændstof frem for en gas. Virksomheder arbejder med brændstofprocessorer til flydende brændstof som benzin og methanol. methanol er det mest lovende brændstof på kort sigt; det kan opbevares og distribueres på omtrent samme måde som benzin nu.

For huse og stationær kraftproduktion foretrækkes brændstoffer som naturgas eller propan. Mange kraftværker og huse er allerede tilsluttet naturgasforsyninger via rørledning. Og nogle huse, der ikke er tilsluttet gasledninger, har propantanke. Så det giver mening at konvertere disse brændstoffer til brint til brug i stationære brændselsceller.

Både methanol og naturgas kan omdannes til brint i en dampreformator.

Der er et par typer dampreformatorer, en reformering af methanol og den anden reformering naturgas.

Reformering af methanol

Molekylformlen for methanol er CH3OH. Målet med reformatoren er at fjerne så meget af brintet (H) som muligt fra dette molekyle, mens emissionen af ​​forurenende stoffer, såsom kulilte (CO). Processen starter med fordampning af flydende methanol og vand. Varme produceret i reformprocessen bruges til at opnå dette. Denne blanding af methanol og vanddamp ledes gennem et opvarmet kammer, der indeholder en katalysator.

Da methanolmolekylerne rammer katalysatoren, opdelte de sig i kulilte (CO) og brintgas (H2):

Vanddampen splittes i brintgas og ilt; dette ilt kombineres med CO for at danne CO2. På denne måde frigives meget lidt CO, da det meste af det konverteres til CO2.

Reform af naturgas

Naturgas, der hovedsagelig består af metan (CH4), behandles under anvendelse af en lignende reaktion. Metanen i naturgassen reagerer med vanddamp til dannelse af kulilte og brintgasser.

Ligesom det gør ved reformering af methanol, opdeler vanddampen i brintgas og ilt, og ilden kombineres med CO til dannelse af CO2.

Ingen af ​​disse reaktioner er perfekte; nogle methanol eller naturgas og kulilte klarer det gennem uden at reagere. Disse brændes i nærvær af en katalysator med lidt luft til at tilføre ilt. Dette konverterer de fleste af de resterende CO til CO2, og den resterende methanol til CO2 og vand. Forskellige andre enheder kan bruges til at rydde op i andre forurenende stoffer, såsom svovl, der kan være i udstødningsstrømmen.

Det er vigtigt at eliminere kulilte fra udstødningsstrømmen af ​​to grunde: For det første, hvis CO passerer gennem brændselscellen, reduceres brændselscellens ydelse og levetid; For det andet er det et reguleret forurenende stof, så biler må kun producere små mængder af det.

- For at skabe strøm skal flere systemer arbejde sammen for at give den krævede elektriske udgang. Et typisk system vil bestå af en elektrisk belastning (såsom et hus eller en elektrisk motor), a brændselscelle og a brændstofprocessor.

Lad os tage sagen om en brændstofcelle-drevet bil. Når du træder på gas (brint) pedalen, sker der flere ting på samme tid:

  • Den elektriske motorstyring begynder at tilføre mere strøm til den elektriske motor, og den elektriske motor genererer mere drejningsmoment.
  • I brændselscellen omsættes mere brint, hvilket producerer flere elektroner, der kører gennem den elektriske motor og regulatoren, hvilket holder trit med det øgede effektbehov.
  • Brændstofprocessoren begynder at pumpe mere methanol, men dens system, der skaber mere brint. En anden pumpe øger strømmen af ​​brint, der går til brændselscellen.

En lignende rækkefølge af begivenheder sker i dit hus, når du pludselig øger det elektriske behov. For eksempel, når din klimaanlæg tændes, skal brændselscelleens strømforbrug øges hurtigt, ellers lyser lyset, indtil brændselscellen kan indhente efterspørgslen.

Brændstofprocessorer har også ulemper, inklusive forurening og samlet brændstof effektivitet.

Forurening

Selvom brændstofprocessorer kan levere brintgas til en brændselscelle, mens de producerer langt mindre forurening end en forbrændingsmotor, producerer de stadig en betydelig mængde kuldioxid (CO2). Selvom denne gas ikke er et reguleret forurenende stof, mistænkes den for at have bidraget til den globale opvarmning.

Hvis der anvendes rent brint i en brændselscelle, er det eneste biprodukt vand (i form af damp). Intet CO2 eller der udsendes anden gas. Men fordi biler med brændselscelle, der bruger brændstofprocessorer, udsender små mængder regulerede forurenende stoffer, såsom kulilte, vil de ikke blive kvalificeret som nul emissionskøretøjer (ZEV'er) i henhold til Californiens emissionlove. Lige nu er de vigtigste teknologier, der kvalificeres som ZEV'er, den batteridrevne elbil og den brintdrevne brændselscellebil.

I stedet for at prøve at forbedre brændstofprocessorer til det punkt, hvor de ikke udsender nogen regulerede forurenende stoffer, arbejder nogle virksomheder på nye måder at opbevar eller producerer brint på køretøjet. Ovonic udvikler en metalhydridopbevaringsenhed, der absorberer brint noget som en svamp, der absorberer vand. Dette eliminerer behovet for lagertanke med højt tryk og kan øge mængden af ​​brint, der kan opbevares på et køretøj.

Powerball Technologies ønsker at bruge små plastkugler fulde af natriumhydrid, der producerer brint, når de åbnes og falder i vand. Biproduktet af denne reaktion, flydende natriumhydroxid, er et almindeligt anvendt industrikemikalie.

Effektivitet

En anden ulempe ved brændstofprocessoren er, at den reducerer brændselscellebilens samlede effektivitet. Brændstofprocessoren bruger varme og tryk til at hjælpe reaktionerne, der splitter brintet ud. Afhængig af de anvendte brændstoftyper og effektiviteten af ​​brændselscellen og brændstofprocessoren kan forbedringseffektiviteten i forhold til konventionelle benzindrevne biler være ret lille. Se denne sammenligning af effektiviteten af ​​en brændselscelle-drevet bil, en benzin-drevet bil og en el-bil.

For meget mere information, se linkene på næste side.

Relaterede artikler

  • Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
  • H-ow brændselsceller fungerer
  • Sådan fungerer hybridbiler
  • Sådan fungerer elbiler
  • Sådan fungerer brintøkonomien
  • Sådan fungerer benzin
  • Sådan fungerer katalytiske omformere
  • Sådan fungerer kraft, magt, drejningsmoment og energi

Flere gode links

  • Kompakte brændstofprocessorer til brændselsceller til biler
  • FuelCellMaterials.com
  • Metanolreformering
  • Brændstofbehandling
  • Multi-Fuel-processorer
  • Roman mikrobrændstofprocessor
  • Ford og Mobil gør fremskridt med nye benzinreformatorer til brændselscellebiler
  • Beskrivelser af brændselsceller



Endnu ingen kommentarer

De mest interessante artikler om hemmeligheder og opdagelser. Masser af nyttige oplysninger om alt
Artikler om videnskab, rum, teknologi, sundhed, miljø, kultur og historie. Forklare tusinder af emner, så du ved, hvordan alt fungerer