Üzemanyagcella: égés nélküli energiaátalakítás



Yüklə 41,63 Kb.
tarix02.03.2018
ölçüsü41,63 Kb.

Üzemanyagcella: égés nélküli energiaátalakítás


Jellemző

AFC

PEMFC

DMFC

PAFC

MCFC

SOFC

Elnevezés



Alkaline Fuel

Cell


Proton Exchange Membrane Fuel

Cell


Direct Methanol Fuel

Cell


Phosphoric

Acid


Fuel

Cell


Molten

Carbonate

Fuel

Cell


Solid

Oxide


Fuel

Cell

Elektrolit


KOH

30-40%


vizes oldat

Szulfonált szerves polimer

(a működés során hidratálódik)



Szulfonált szerves polimer

(a működés során hidratálódik)



Foszforsav

Olvasztott

Li/Na/K


Karbonát

Ittrium-oxid által stabilizált

cirkónium (IV)oxid



Anód


Ni vagy Pt



Pt


Pt, Ru


Pt


Ni/Cr oxid



Ni/ittrium

oxid által stabilizált

cirkónium (IV)oxid


Katód


Pt vagy LiOH/NiO



Pt


Pt, Ru


Pt


NiO


Stroncium (Sr) doppolt Lantán-manganit (mangán-oxid-hidrát)

Töltéshordozó

OH

H+

H+

H+

CO32–

O2–

Működési hőmérséklet

60-90 oC

70-100 oC

90 oC

150-220 oC

600-700 oC

650-1000 oC

Hőtermelés



Alacsony hőmérséklet

Alacsony hőmérséklet

Alacsony hőmérséklet

Mérsékelt hőmérséklet, amely sok alkalmazásnak még megfelel.

Magas hőmérséklet

Magas hőmérséklet

Elektromos hatásfok

60 %

40-45 %

30-35 %

40-45 %

50-60 %

50-60 %

Üzemanyag

H2


H2

Kémiailag tiszta



Víz/metanol oldat

H2

Kémiailag tiszta



H2,

CO vagy


földgáz

H2,

CO vagy


földgáz

Megjegyzés

A CO2-ot mindkét gázáramból el kell távolítani.

A CO mennyisége

10 ppm alatt legyen.















Alkalmazás

Apollo és

Space Shuttle: elektromoság,

ivóvíz előállítására.


GE: Gemini

’60-as évek;

Daimler-Chrysler, Ford, GM:

„nulla-emisszió”-s autó, busz, 250 kW



Még kevéssé kidolgozott technológia

Az épületek elektromos-ságának és fűtésének megbízható forrása;

50 kW-11 MW



Még kidolgozás alatt, de nagyon bíztató technológia a nagyléptékű és alacsony károsító-anyag kibocsátással járó elektromos energia termelésére.

Üzemanyagcella:_égés_nélküli_energiaátalakítás'>Üzemanyagcella: égés nélküli energiaátalakítás

Alapelvek


Sir William GROVE (1839): Hidrogén és oxigén gáz egy edényben platina katalizátor jelenlétében lassan reakcióba lép, és állandó elektromos áram (feszültség) keletkezik.

Gáz-működtetésű akkumulátor, ahol az aktív elem nem szilárdtest (ólom/ólomoxid az autók akkumulátoraiban) vagy folyadék, hanem gáznemű anyag.


Üzemanyagcella

A víz elektrolízisének megfordítása: nem hasítja a vizet elektromos áram segítségével, hanem éppen ellenkezőleg, összeteszi oxigénből és hidrogénből, és elektromos áramot valamint vizet nyer (némi hőtermelés mellett).




Noha a hidrogén és az oxigén (vagy levegő, amelynek 20%-a oxigén) a két leggyakoribb reaktáns, az üzemanyagcellában más, egymást kölcsönösen redukálni ill. oxidálni képes reaktánst is fel lehet használni.

Az elektródok



  • porózusak, hogy a gázok átáramolhassanak és

  • katalizátorral (platina, palládium, ruténium) bevontak, hogy

- az anódon a hidrogén molekula felhasadhasson elektronra és hidrogén ionra (protonra):

H2 → 2·e + 2·H+ és

- a katódon a beérkező hidrogén ion és elektron az oxigén molekulával vízmolekulát képezhesen:

4·H+ + O2 + 4·e → 2·H2O



Hidrogén: a jövő energiaforrása (?)

A hidrogén alapú gazdaság víziója


A hidrogén nem primér energiaforrás (hiszen a természetben kötött formában fordul elő nagy mennyiségben), hanem „csak” energiahordozó.

Előnyei:

  • Tárolható vele a szezonális (esetleg napszaki) ingadozást mutató energiaforrásokból származó energia.

  • Szállítható üzemanyag, amely független a Föld csökkenő olajkészleteitől.

  • Környezetkímélő, hiszen elégetésének mellékterméke a víz és nagyon kis mennyiségű nitrogén oxidok, amelyek mennyisége akár nullára is csökkenthető üzemnyagcella használatával.

Hátrányai:

  • Elő kell állítani (esetleg tisztítani).

  • Nagyon reaktív, óvatosan kell kezelni (Hindenburg léghajó katasztrófája 1937-ben)

  • A térfogatra vonatkoztatott energiasűrűsége (normál körülmények) nagyon csekély:

10 MJ/m3, ami negyede a földgázénak,

a tömegre vonatkoztatott energiasűrűsége ellenben nagy:

120 MJ/kg (42 MJ/kg benzin vagy diesel olaj esetén).

Előállítása:


  • Hagyományos kémiai technológiával (lásd műtrágyagyártás) földgázból: túlhevített
    (900 oC) vízgőzt földgázzal (metánnal) elegyítve áramoltatnak katalizátor felett:

2·H2O (gőz) + CH4 → CO2 + 4·H2


A hidrogént tisztítani kell, a széndioxidot pedig meg kell kötni.

  • „Megújuló” (szoláris) technológia (hidrogén):

  • Elektrolízis

Az elektromos áram megújuló forrásokból is nyerhető: nap-, szél-, geotermikus- vagy vízienergia.

  • Biomassza gázfejlődése

Magas széntartalmú biohulladékot bomlási folyamatoknak teszünk ki.

  • Hődisszociáció

2000 oC felett a víz termikusan bomlik hidrogénra és oxigénre. Megfelelő katalizátorral ez a hőmérsékleti határ azonban 700 oC alá vihető, amely már napkollektorokkal elérhető hőmérséklet.

  • Mesterséges fotoszintézis

Fotoelektrokémiai cellákban a vízből közvetlenül H2-t nyerhetünk.

Tárolása és szállítása:

  • Gáz állapotban nagy-nyomású tartályokban (70 MPa)

  • Különböző fémekben elnyelve (fém-hidrid formájában). Melegítéssel szabadítható fel.

Kis szénszemcsékhez tapadva (adszorbeálva).

  • Cseppfolyósítva (–253 oC).

Földgázt rutin jelleggel cseppfolyósítva szállítanak, de ehhez lényeges magasabb hőmérséklet is elegendő (–162 oC).


Dostları ilə paylaş:


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2019
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə