211service.com
Praktyczna elektrownia z ogniwami paliwowymi
Jednym z najbardziej wydajnych sposobów wytwarzania energii w przyszłych elektrowniach zgazujących węgiel są ogniwa paliwowe na tlenki stałe, które wykorzystują wodór ze strumienia gazu do wytwarzania energii elektrycznej w reakcjach chemicznych. Jest to bardziej wydajne niż zwykłe spalanie strumienia gazu ze zgazowania węgla. W przeciwieństwie do innych typów ogniw paliwowych, ogniwa ze stałym tlenkiem mogą działać w bardzo wysokich temperaturach i przy bardzo wysokiej wydajności oraz być skalowane, aby zapewnić miastom energię.
Nowy prototyp ogniwa paliwowego na tlenki stałe firmy GE stanowi przełom w kosztach dzięki taniemu procesowi produkcyjnemu, w którym montuje się warstwy ceramiczne i elektrolityczne. Urządzenie o mocy sześciu kilowatów, które przekształca paliwo węglowodorowe w energię elektryczną z wydajnością 49 procent, jest obecnie oceniane przez Departament Energii USA pod kątem możliwości wykorzystania do wytwarzania energii w przyszłych zakładach zgazowania węgla. (Źródło: GE)
Ale wśród różnych wyzwań związanych z rozwojem technologii, koszt produkcji był potencjalnym złamaniem umowy. Teraz naukowcy z GE zademonstrowali metodę produkcji, która tanio składa warstwy materiałów ceramicznych i elektrolitycznych, dzięki czemu końcowy produkt można zbudować za około 800 USD za kilowat, co zaczyna zbliżać się do kosztu budowy od 500 do 550 USD za kilowat konwencjonalna elektrownia gazowa.
Prototyp GE o mocy sześciu kilowatów osiąga 49% sprawność w przetwarzaniu paliwa na energię elektryczną, co jest korzystne w porównaniu z 35% sprawnością konwencjonalnych elektrowni węglowych. Wierzę, że GE ustanowiło nowy stan wiedzy, mówi Wayne Surdoval, kierownik ds. technologii ogniw paliwowych w Narodowe Laboratorium Technologii Energetycznych , część Departamentu Energii USA, która finansuje ten projekt i inne mające na celu produkcję lepszych ogniw paliwowych na tlenki stałe. Najważniejsze, dodaje, jest to, że prototyp GE jest szczególnie niedrogim ogniwem paliwowym w produkcji. Zasadniczo używasz prostych technik produkcyjnych, wykorzystując w komórce dość niedrogie materiały.
Surdoval porównuje ten proces do robienia ciasta na pizzę. Trzy zestawy materiałów – reprezentujące dwie elektrody i jeden elektrolit tworzący każdą warstwę ogniwa paliwowego – są mieszane i przepuszczane przez dwa wałki, które je ściskają. Masz trzy różne ciasta, spłaszczasz każde, następnie układasz je warstwami, a następnie spłaszczasz, wyjaśnia. Następnie w zasadzie to pieczesz.
Według Kelleya Fletchera, lidera zaawansowanych technologii w zakresie programów zrównoważonego wykorzystania energii, proces ten toruje drogę do masowej produkcji. Globalne badania firmy GE , w Niskayunie w stanie Nowy Jork. „Ludzie wytwarzali ogniwa paliwowe, które wytwarzają więcej energii, a także takie, które mają taki poziom wydajności”, mówi. Ale zrobienie tego w jednym pakiecie i po kosztach, które zrobiliśmy, jest tutaj prawdziwym osiągnięciem. Jak mówi, wyprodukowanie poprzednich prototypów kosztowało tysiące dolarów za kilowat.
Oczywiście istnieją inne przeszkody. Siarka zawarta w paliwie węglowodorowym może zanieczyścić ogniwo paliwowe i spowodować jego degradację. GE i inni pracują nad różnymi procesami obróbki wstępnej, aby utrzymać zanieczyszczenia z dala od ogniwa paliwowego. Na przykład naukowcy z Tufts University opracowali sposób na wykorzystanie tlenków ceru i lantanu do usuwania siarki.
Maria Flytzani-Stephanopoulos , inżynier chemik w firmie Tufts, który kierował rozwojem płuczki, ostrzega, że chociaż praca GE jest imponująca, przed nami stoją duże wyzwania. Myślę, że podane liczby stanowią znaczący postęp – mówi. Oczywiście w przyszłych pracach należy wykazać, że systemy skalowalne są równie wydajne.
Praca jest częścią Departamentu Energii inicjatywa czystego węgla uruchomiona w 2003 r., której celem jest zbudowanie w ciągu dziesięciu lat wysokosprawnej, wielomegawatowej elektrowni na tlenki stałe, w połączeniu z technologią zgazowania węgla. Uważa się, że Stany Zjednoczone mają w ziemi węgiel o wartości około 250 lat. Jednak spalanie węgla jawi się jako główny czynnik zwiększający globalne ocieplenie; w rzeczywistości węgiel uwalnia więcej dwutlenku węgla na każdą wyprodukowaną jednostkę energii niż jakiekolwiek inne paliwo kopalne.
W zakładach zgazowania węgla węgiel jest podgrzewany i przekształcany w gaz syntezowy, mieszaninę głównie tlenku węgla i wodoru. Można go następnie spalać w typie elektrowni o nazwie Zintegrowany Cykl Kombinowany Zgazowania. Technologia GE pozwoliłaby na wyciąganie wodoru z gazu syntezowego i przesyłanie go przez ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem.