Kategoriat
kemia vihreä teknologia

Kiinteäoksidipolttokenno hyvällä hyötysuhteella

Yksittäiset kodit ja kokonaiset asuinalueet voisivat saada sähkönsä uudesta pienen kokoluokan kiinteäoksidipolttokennosta (SOFC), jolla saavutetaan jopa 57 prosentin hyötysuhde. Hyötysuhde on merkittävästi korkeampi kuin aikaisemmin on raportoitu SOFC-järjestelmille tässä kokoluokassa.

Kyseisessä Department of Energy’s Pacific Northwest National Laboratoryn (PNNL) kehittämässä SOFC:ssä käytetään polttoaineena metaania. Polttokennojärjestelmästä on tehty mahdollisimman tehokas käyttämällä PNNL:n mikrokanavateknologiaa yhdessä ulkoisen höyryreformointi- ja polttoainekierrätysprosessien kanssa. PNNL:n systeemissä käytetään polttokennopinoja, jotka on aikaisemmin kehitetty Department of Energy’s Solid State Energy Conversion Alliancen tuella.

Tähän asti ollaan oltu kiinnostuneita lähinnä isommista vähintään yhden megawatin järjestelmistä, mutta nyt on osoitettu että pienemmät SOFC-järjestelmät (välillä 1-100 kW) ovat varteen otettavia vaihtoehtoja erittäin tehokkaaseen paikalliseen sähköenergiantuotantoon. Sadan kilowatin järjestelmä riittää arviolta 50 amerikkalaiselle kotitaloudelle.

PNNL:n käyttämässä ulkoisessa höyryreformointiprosessissa höyry sekoittuu polttoaineen kanssa, jolloin nämä kaksi reagoivat keskenään muodostaen intermediaattituotteita. Intermediaatit, hiilimonoksidi ja vety, reagoivat edelleen hapen kanssa polttokennon anodilla, jolloin syntyy sähköä ja sivutuotteina höyryä ja hiilidioksidia. Ulkoinen höyryreformointi vaatii lämmönvaihtimen, jonka lämpöä johtava seinämä eristää kaksi kaasua toisistaan. Seinämän toisella puolella kulkee polttokennosta ulos tuleva kuuma kaasu ja toisella puolella kennon sisään menevä kylmä kaasu, joka lämpiää lämmönvaihtimessa polttokennoreaktioiden tarvitsemaan lämpötilaan.

PNNL:n mikrokanavateknologia on avainasemassa polttokennojärjestelmän hyvän hyötysuhteen saavuttamisessa. Sen sijaan että käytettäisiin vain yhtä kaasut erottavaa seinämää, PNNL:n järjestelmässä käytetään useita seinämiä. Ne on saatu aikaan sarjalla pienen pieniä kiertäviä kanavia, mikä lisää seinämien pinta-alaa ja mahdollistaa lämmön tehokkaan siirtymisen. Toinen ainutkertainen näkökohta järjestelmässä on kierrätys. Anodilta tuleva höyry ja lämpö ylläpitävät reformointiprosessia. Järjestelmä ei tarvitse sähkölaitetta veden kuumentamiseksi höyryksi. Lisäksi höyryn uudelleenkäytössä osa edellisen kierroksen hyödyntämättömästä polttoaineesta kulkeutuu kennoon uudelleen.

Polttokennon suuri etu tavanomaiseen energiantuotantoon verrattuna on hyvä hyötysuhde. Tavallisen polttomoottorin muuntaa vain 18 prosenttia polttoaineen kemiallisesta energiasta sähköksi, kun taas SOFC:llä saavutetaan jopa 60 prosentin hyötysuhde. Mitä parempi hyötysuhde sitä vähemmän polttoainetta kuluu ja ilmansaasteita muodostuu tiettyä tuotettua sähkömäärä kohden.

Lähde: http://www.pnnl.gov

Kategoriat
kemia vihreä teknologia

Vedyn varastointi muurahaishappona

Vetyä pidetään kiinnostavana polttoaineena, koska se voidaan tehokkaasti muuntaa energiaksi ilman että muodostuu myrkyllisiä yhdisteitä tai kasvihuonekaasuja. Vetypolttoaineen ongelmakohtia ovat sen varastointi ja kuljetus.

Tietynlaisten katalyyttien avulla vety voidaan yhdistää hiilidioksidin kanssa, jolloin muodostuu muurahaishappoa. Nyt on kehitetty katalyytti, joka soveltuu käytettäväksi vesiliuoksessa, huoneenlämmössä ja normaalipaineessa. Reaktio on reversiibeli ja reaktion suunnan määrää liuoksen happamuus. Kun vetyä halutaan käyttää esimerkiksi polttokennoissa käännetään vain katalyytin ”pH-kytkintä” ja reaktio muuttuu käänteiseksi. Nestemäistä muurahaishappoa voidaan käyttää myös suoraan muurahaishappopolttokennoissa.

Muurahaishappo vetyvarastona
Katalyytti voi olla protonoidussa ja protonoitumattomassa muodossaan. Katalyytti muuntaa NTP-olosuhteissa reversiibelisti vety- ja hiilidioksidikaasun nestemäiseksi muurahaishapoksi tai päinvastoin. Näin ollen kaasut voidaan kuljettaa nestemäisessä muodossa ja myöhemmin käyttää helposti hiilineutraaleissa energiasovelluksissa säätämällä vain pH:ta.

Lähde: Brookhaven National Laboratory (http://www.bnl.gov/)