Jak fungují palivové procesory

Galerie obrázků AFV Palivový článek o výkonu 250 kW s vestavěnou reformou zemního plynu. Podívejte se na obrázky vozidel na alternativní paliva. Foto s laskavým svolením společnosti Ballard Power Systems

-Pokud čtete článek o palivových článcích, víte, že vyrábějí elektřinu z vodíku a kyslíku a emitují pouze páru. Hlavním problémem palivových článků poháněných vodíkem je skladování a distribuce vodíku. Podrobnosti viz Jak funguje Hydgrogen Economy. -

-Plynný vodík není palivo s vysokou hustotou energie, což znamená, že ve srovnání s kapalným palivem, jako je benzín nebo methanol, obsahuje jen malou energii. Je tedy obtížné namontovat dostatek vodíkového plynu do automobilu poháněného palivovými články, aby mu poskytl rozumný dojezd. Kapalný vodík má dobrou hustotu energie, ale musí být skladován při extrémně nízkých teplotách a vysokých tlacích; proto je skladování a přeprava poněkud obtížné.

-Paliva typu C-ommon, jako je zemní plyn, propan a benzín, a méně běžná paliva, jako je methanol a ethanol, mají ve své molekulární struktuře vodík. Pokud by existovala technologie, která by mohla odstranit vodík z těchto paliv a použít jej k pohonu palivového článku, problém s ukládáním a distribucí vodíku by byl téměř úplně odstraněn..

Tato technologie se vyvíjí. Říká se tomu palivový procesor, nebo a reformátor. V tomto vydání se naučíme, jak parní reformér funguje.

Obsah

1. Účel palivových procesorů
2. Parní reformátor
3. Jak spolupracují palivový procesor a palivový článek
4. Nevýhodou palivových procesorů

Úkolem zpracovatele paliva je poskytovat relativně čistý vodík palivovému článku pomocí paliva, které je snadno dostupné nebo snadno přepravitelné. Palivoví zpracovatelé musí být schopni to udělat efektivním způsobem s minimem znečištění - jinak negují výhody použití palivového článku na prvním místě.

U automobilů je hlavní problém zásobárna energie. Aby se zabránilo tomu, že budou mít velké, těžké tlakové nádrže, je výhodnější než palivo tekuté palivo. Společnosti pracují na palivových procesorech pro kapalná paliva jako benzín a methanol. Methanol je nejslibnějším palivem v krátkodobém výhledu; lze ji skladovat a distribuovat téměř stejným způsobem jako nyní.

Pro domy a stacionární výrobu energie se upřednostňují paliva jako zemní plyn nebo propan. Mnoho elektráren a domů je již napojeno na dodávky zemního plynu potrubím. A některé domy, které nejsou napojeny na plynové potrubí, mají propanové nádrže. Proto má smysl přeměnit tato paliva na vodík pro použití ve stacionárních palivových článcích.

Metanol i zemní plyn mohou být přeměněny na vodík v a parní reformér.

Existuje několik typů parních reformerů, jeden reformování methanolu a další reformování zemní plyn.

Reformování methanolu

Molekulový vzorec pro methanol je CH₃ACH. Cílem reformátora je odstranit co nejvíce vodíku (H) z této molekuly, zatímco minimalizuje emise znečišťujících látek, jako je oxid uhelnatý (CO). Proces začíná odpařováním kapalného methanolu a vody. K tomuto účelu se používá teplo produkované v reformovacím procesu. Tato směs methanolu a vodní páry prochází zahřátou komorou, která obsahuje katalyzátor.

Když molekuly methanolu zasáhly katalyzátor, rozdělily se na oxid uhelnatý (CO) a plynný vodík (H₂):

Vodní pára se štěpí na plynný vodík a kyslík; tento kyslík se kombinuje s CO za vzniku CO₂. Tímto způsobem se uvolňuje velmi malé množství CO, protože většina z něj se přeměňuje na CO₂.

Reforma zemního plynu

Zemní plyn, který se skládá převážně z metanu (CH₄), se zpracovává podobnou reakcí. Metan v zemním plynu reaguje s vodní parou za vzniku oxidu uhelnatého a vodíkových plynů.

Stejně jako při reformě methanolu se vodní pára štěpí na plynný vodík a kyslík, přičemž kyslík se kombinuje s CO a vytváří CO₂.

Žádná z těchto reakcí není dokonalá; trochu methanolu nebo zemního plynu a oxidu uhelnatého prochází bez reakce. Tyto jsou spáleny v přítomnosti katalyzátoru s trochou vzduchu pro přívod kyslíku. Tím se převede většina zbývajícího CO na CO₂, a zbývající methanol na CO₂ a vodu. K čištění jakýchkoli jiných znečišťujících látek, jako je síra, které mohou být v proudu výfukových plynů, lze použít různá další zařízení.

Je důležité eliminovat oxid uhelnatý z proudu výfukových plynů ze dvou důvodů: Zaprvé, pokud CO prochází palivovým článkem, snižuje se výkon a životnost palivového článku; za druhé, jedná se o regulovanou znečišťující látku, takže automobily mohou vyrábět pouze malé množství.

- Aby se vytvořila energie, musí několik systémů spolupracovat, aby zajistily požadovaný elektrický výstup. Typický systém by sestával z elektrické zatížení (například dům nebo elektrický motor), palivový článek a palivový procesor.

Vezměme si případ vozu s palivovými články. Když sešlápnete plynový (vodíkový) pedál, stane se několik věcí ve stejnou dobu:

• Řadič elektrického motoru začne dodávat více proudu do elektrického motoru a elektrický motor generuje větší točivý moment.
• V palivovém článku reaguje více vodíku, čímž se produkuje více elektronů, které procházejí elektromotorem a řadičem, přičemž udržují krok se zvýšenou potřebou energie.
• Palivový procesor začne čerpat více methanolu prostřednictvím svého systému, který vytváří více vodíku. Další čerpadlo zvyšuje průtok vodíku do palivového článku.

Podobný sled událostí se stane ve vašem domě, když náhle zvýšíte spotřebu elektrické energie. Například, když se zapne klimatizace, musí se rychle zvýšit výkon palivového článku, jinak se světla zhasnou, dokud palivový článek nedokáže dohnat poptávku.

Palivové procesory mají také nevýhody, včetně znečištění a celkové palivo účinnost.

Znečištění

Ačkoli palivové procesory mohou poskytovat vodíkový plyn do palivového článku při současném mnohem menším znečištění než u spalovacího motoru, stále produkují značné množství oxidu uhličitého (CO)₂). Přestože tento plyn není regulovanou znečišťující látkou, existuje podezření, že přispívá ke globálnímu oteplování.

Pokud se v palivovém článku použije čistý vodík, jediným vedlejším produktem je voda (ve formě páry). Žádný CO₂ nebo je emitován jakýkoli jiný plyn. Ale protože automobily poháněné palivovými články, které používají procesory paliva, emitují malé množství regulovaných znečišťujících látek, jako je oxid uhelnatý, nebudou považovány za vozidla s nulovými emisemi (ZEV) podle kalifornských emisních zákonů. V současné době jsou hlavními technologiemi, které se kvalifikují jako ZEV, elektrický vůz na bateriový pohon a vůz na palivový článek poháněný vodíkem.

Místo snahy o zdokonalení palivových procesorů do bodu, kdy nebudou emitovat žádné regulované znečišťující látky, některé společnosti pracují na nových způsobech, jak skladovat nebo vyrábět vodík ve vozidle. Společnost Ovonic vyvíjí skladovací zařízení s hydridem kovů, které absorbuje vodík poněkud jako houba absorbuje vodu. To eliminuje potřebu vysokotlakých skladovacích nádrží a může zvýšit množství vodíku, který může být uložen ve vozidle.

Společnost Powerball Technologies chce používat malé plastové kuličky plné hydridu sodného, ​​které při otevření a pádu do vody produkují vodík. Vedlejší produkt této reakce, kapalný hydroxid sodný, je běžně používaná průmyslová chemikálie.

Účinnost

Další nevýhodou palivového procesoru je to, že snižuje celkovou účinnost automobilu s palivovými články. Palivový procesor používá teplo a tlak, aby napomohl reakcím, které rozdělí vodík. V závislosti na druhu použitého paliva a účinnosti palivového článku a procesoru paliva může být zlepšení účinnosti oproti běžným benzínovým automobilům poměrně malé. Podívejte se na toto porovnání účinnosti vozu s palivovými články, benzínového a elektrického auta.

Další informace naleznete v odkazech na následující stránce.

Související články

• Kvízový koutek: Kvíz s palivovými články
• H-ow palivové články pracují
• Jak fungují hybridní auta
• Jak elektrická auta fungují
• Jak funguje ekonomika vodíku
• Jak benzín funguje
• Jak fungují katalyzátory
• Jak síla, síla, točivý moment a energie fungují

Další skvělé odkazy

• Kompaktní palivové procesory pro automobilové palivové články
• FuelCellMaterials.com
• Methanolová reformace
• Zpracování paliva
• Vícepalivové procesory
• Nový mikropalivový procesor
• Ford a Mobil dosáhly pokroku v oblasti nového benzínového reformátoru pro vozidla s palivovými články
• Popisy palivových článků