Introducerea tehnologiei rezistente de pile de combustie
Descărcare articol
Acestea funcționează pe Aeronautică SUA și nave spațiale exterioare Administrația Națională (NASA). Acestea furnizează energie electrică la calculatoare Prima Banca Națională a Omaha. Ele sunt folosite în unele autobuze urbane publice din Chicago.
Asta e tot - celule de combustibil. Celulele de combustie sunt dispozitive electrochimice care produc electricitate, fără un proces de ardere - prin mijloace chimice, aproape la fel ca bateriile. Singura diferență este că ei folosesc alte substanțe chimice, hidrogen și oxigen și produsul de reacție chimică este apa. Este posibil să se utilizeze gaze naturale, cu toate acestea, atunci când se utilizează un combustibil de hidrocarburi, desigur, inevitabil un anumit nivel al emisiilor de dioxid de carbon.
Deoarece celulele de combustibil poate fi operat cu eficiență ridicată și fără emisii nocive asociate cu ele o mare promisiune în ceea ce privește sursa de energie nepoluantă, care va reduce emisiile de gaze cu efect de seră și a altor poluanți. Principalul obstacol în calea utilizării pe scară largă a celulelor de combustibil este costul lor ridicat în comparație cu alte dispozitive care produc energie electrică sau pentru propulsia vehiculelor.
Primele celule de combustie au fost demonstrate în Groves Sir William 1,839 g Groves a arătat că procesul de electroliză. - divizarea apei în hidrogen și oxigen sub influența unui curent electric - inversabile. Aceasta este, hidrogen și oxigen pot fi îmbinate prin mijloace chimice pentru a forma electricitate.
Odată ce acest lucru a fost demonstrat de către mulți oameni de știință care studiază celule de combustibil cu râvnă repezit, dar invenția este un motor cu ardere internă și dezvoltarea infrastructurii de extracție a țițeiului în a doua jumătate a secolului al XlX-lea, dezvoltarea celulelor de combustibil lăsat în urmă. împiedicat în continuare dezvoltarea elementelor de combustibil ale costului ridicat al acestora.
Splash de celule de combustibil a avut loc în anii '50, când NASA a apelat la ei în legătură cu nevoie într-un generator de energie compactă pentru misiuni spațiale. Acestea au fost puse mijloace adecvate, și, ca urmare a zborurilor Apollo și Gemini au fost efectuate în celula de combustibil. Navele spațiale sunt, de asemenea, de lucru pe celule de combustibil.
Celulele de combustibil sunt încă în mare măsură de tehnologie experimentală sunt, dar unele companii de a le vinde pe piața comercială. Numai în ultimii aproape zece ani au fost înregistrate progrese semnificative în domeniul tehnologiei de celule de combustibil.
După cum funcționează celula de combustibil
Celulele de combustibil sunt similare cu baterii - ele generează energie electrică printr-o reacție chimică. În contrast, motoarele cu combustie internă ard combustibil și prin aceasta produce căldură, care este apoi transformată în energie mecanică. Dacă numai căldura din gazele de eșapament nu este utilizată în orice mod (de exemplu, pentru încălzire sau aer condiționat), putem spune că motorul cu ardere internă este destul de eficiență scăzută. De exemplu, este de așteptat ca randamentul celulei de combustibil pentru utilizare într-un vehicul - un proiect care este în prezent în curs de dezvoltare - va fi mai mare eficiență specifice motoarelor cu benzină moderne, utilizate în mașini, mai mult decât dublu.
Deși baterii reîncărcabile și pile de combustie produc electricitate prin mijloace chimice, acestea îndeplinesc două funcții foarte diferite. Baterii - dispozitivul cu energia acumulată: electricitatea care le generează este rezultatul unei reacții chimice dintr-un material care este deja în cadrul acestora. Celulele de combustibil nu stochează energie și de a converti energia combustibilului furnizat din exterior, în energie electrică. În acest sens, celula de combustibil este mai mult ca o stație de putere convențională.
Există mai multe tipuri diferite de celule de combustibil. Cea mai simpla celula de combustibil este format dintr-o membrană specială, cunoscută sub numele de electrolit. Pe fiecare parte a electrozilor pulberii acoperite cu membrană. Acest design - electrolitul este înconjurat de doi electrozi - este un element separat. Hidrogenul este alimentat într-o parte (anod) și oxigen (aer) la celălalt (catod). La fiecare electrod se produce diverse reacții chimice.
La anod, hidrogenul este descompus în protoni și electroni amestec. In unele combustibil electrozii de celule sunt înconjurate de un catalizator, de obicei, din platină sau alt metal nobil care promovează reacția de disociere:
H2 = hidrogen diatomic moleculă formă în
în care hidrogenul este prezent în formă gazoasă;
H + = hidrogen ionizat, adică protoni;
Funcționarea celulei de combustibil bazat pe faptul că electrolitul trece printr-un proton (spre catod), electroni și - nr. Electronii se deplasează la catod circuitului conductor extern. Această mișcare a electronilor este un curent electric, care poate fi folosită pentru acționarea unui dispozitiv extern conectat la celula de combustibil, cum ar fi un motor sau o lampă. Acest dispozitiv este denumit în mod obișnuit „sarcină“.
Pe partea catodică a celulei de combustibil, protoni (care sunt trecute prin electrolit) și electronii (care au trecut printr-o sarcină externă) „recombinate“ și a reacționat cu oxigenul furnizat pe catod, pentru a forma apă, H2O:
4H + + 4e + O2 ==> 2H2O.
Reacția generală în celula de combustibil este scris după cum urmează:
2H2 + O2 ==> 2H2O.
În lucrarea sa de pile de combustie folosesc combustibil hidrogen și oxigen din aer. Hidrogenul poate fi alimentat fie direct, fie prin izolându-l de la sursa de combustibil extern, cum ar fi gazul natural, benzina sau metanol. În cazul în care este necesar pentru a converti chimic puterea externă pentru a extrage hidrogen. Acest proces se numește „reformare“. Hidrogenul poate fi, de asemenea, preparate din amoniac, resurse alternative, cum ar fi gazul din depozitele de deșeuri municipale și de la stațiile de epurare a apelor uzate, precum și prin electroliza apei, în care descompunerea apei în hidrogen și oxigen cu ajutorul energiei electrice. În prezent, majoritatea tehnologiei de celule de combustibil, utilizată în transport, se utilizează metanol.
Diferite metode au fost dezvoltate pentru reformatorul de combustibil pentru a produce hidrogen pentru pile de combustie. Departamentul de Energie al SUA a dezvoltat în interiorul unității mașinii combustibil reformare benzină, pentru a asigura furnizarea de hidrogen la celula de combustibil autonom. Cercetatorii de la Northwest National Laboratory din SUA din Pacific au demonstrat o instalație de combustibil compact pentru reformarea mărimii o zecime din dimensiunea sursei de alimentare. American Power Company, Northwest Power Systems, Laboratorul National Sandia a demonstrat unitate reformingovuyu combustibil care transformă combustibilul diesel în pile de combustie cu hidrogen.
Celulele de combustie produc în mod individual circa 0,7-1,0 în fiecare. Pentru a crește tensiunea, elementele sunt colectate într-o „cascadă“, adică conexiune serială. Pentru a crea un set mai curent de elemente sunt conectate în paralel în cascadă. Dacă vom combina etapele celulei de combustibil cu instalație de combustibil, sistemul de alimentare cu aer și de răcire, precum și cu un sistem de control, motorul se va transforma celula de combustibil. Acest motor de poate conduce vehiculul staționat sau generator6 portabil de energie electrică. Motoarele cu pile de combustie vin în diferite dimensiuni în funcție de scopul, tipul celulei de combustibil, iar combustibilul utilizat. De exemplu, dimensiunea fiecărui patru capacitate separată de putere staționare de 200 kW, instalate într-o bancă din Omaha, aproximativ egal cu dimensiunea remorcii camion.
Demonstrat instalații fixe, de asemenea, care utilizează tehnologia cu celule de combustibil, dar ele nu au fost încă aplicații comerciale pe scară largă. În primul rând Banca Națională a Omaha Nebraska utilizează un sistem al unei celule de combustibil pentru a alimenta calculatoarele, deoarece sistemul este mai fiabil decât vechiul sistem, a lucrat de la rețeaua principală cu baterie de rezervă. cel mai mare sistem comercial din lume privind capacitatea de celule de combustibil de 1,2 MW va fi instalat în curând în centrul de prelucrare a corespondenței în Alaska. Testat și a demonstrat, de asemenea, de lucru pe computere laptop-celule de combustibil, laptop-uri, sisteme de control utilizate în stațiile de epurare a apelor uzate și distribuitoare automate.
„Pentru“ și „contra“
Celulele de combustibil au mai multe avantaje. În timp ce eficiența motoarelor cu ardere internă moderne este de numai 12-15%, în celula de combustibil, acest raport este de 50%. Celulele de combustibil Eficiența poate rămâne la un nivel ridicat, chiar și atunci când nu sunt utilizate la putere totală nominală, ceea ce reprezintă un avantaj semnificativ în comparație cu motoarele cu benzină.
Principiul modular al dispozitivului de celule de combustibil înseamnă că puterea centralei electrice de celule de combustibil poate fi crescută prin simpla adăugare de câteva etape. Aceasta minimizează rata de subutilizãrii capacitate, ceea ce face mai ușor pentru armonizarea cererii și ofertei. Deoarece eficiența unității de celule de combustibil este determinată de performanța elementelor individuale, un mic centrale electrice cu celule de combustibil funcționează la fel de eficient ca și mare. În plus, căldura reziduală de la sisteme de celule de combustibil staționare pot fi folosite pentru încălzirea apei și a spațiului, creșterea în continuare a eficienței energetice.
Atunci când se utilizează o celulă de combustibil sunt, practic, fără emisii nocive. Când motorul pe hidrogen pur ca produși secundari se formează numai căldură și abur pur. Astfel, în astronautii nave spațiale apa care este produsă ca urmare a structurii combustibilului la bord de băut. Compoziție de emisie depinde de natura sursei de hidrogen. Când se folosește metanol format zero emisii de oxizi de azot și monoxid de carbon și emisiile de hidrocarburi sunt doar mici. Emisiile cresc odată cu trecerea de la hidrogen la metanol și benzină, deși chiar și atunci când se utilizează nivelul emisiilor benzină va rămâne suficient de scăzută. În orice caz, o înlocuire de pile de combustie motoare cu combustie internă convenționale astăzi ar avea ca rezultat o reducere globală a emisiilor de CO2 și de oxizi de azot.
Utilizarea de celule de combustibil asigură flexibilitatea infrastructurii energetice, crearea de oportunități suplimentare pentru generarea de energie electrică descentralizată. Multitudinea surselor de energie descentralizate pentru a reduce pierderile de transmisie și dezvoltarea piețelor de energie (care este deosebit de important pentru zonele îndepărtate și rurale, fără acces la liniile de alimentare). Cu celula de combustibil locuitorii individuale sau blocuri se pot oferi cea mai mare de energie electrică și, astfel, în mare măsură crește eficiența utilizării sale.
Pilele de combustie oferă de înaltă calitate energetică și fiabilitate ridicată. Ele sunt durabile, nu au piese în mișcare, iar acestea produc o cantitate constantă de energie.
Cu toate acestea, tehnologia de celule de combustibil are nevoie de îmbunătățiri pentru a crește productivitatea, reduce costurile și, astfel, face celulele de combustibil competitive în raport cu alte tehnologii energetice. Rețineți că, atunci când se analizează caracteristicile tehnicilor consumatoare de energie, comparația ar trebui să se bazeze pe toate componentele caracteristicilor de prelucrare, inclusiv costurile de exploatare de capital, emisiile poluante, calitatea energiei electrice, durabilitate, dezafectare și flexibilitate.
Deși hidrogen gazos este cea mai bună infrastructură de transport de combustibil sau de baza pentru aceasta nu există încă. În viitorul apropiat, centralele electrice ca surse de benzină hidrogen, metanol sau gaze naturale ar putea folosi sistemul existent de alimentare cu combustibil fosil (stație de gaz, etc.). Acest lucru ar elimina necesitatea unor stații speciale vodorodozapravochnyh, dar ar necesita convertor ( „reformator“) a fost instalat pe fiecare combustibil fosil vehicul la hidrogen. Dezavantajul acestei abordări este că utilizează combustibili fosili și, prin urmare, conduce la emisia de dioxid de carbon. Metanolul, care este în prezent principalul candidat, creează mai puține emisii decât benzina, dar ar necesita instalarea pe masina un recipient mai mare, deoarece este nevoie de două ori mai mult spațiu pentru același conținut energetic.
Spre deosebire de sistemele de alimentare cu combustibili fosili, solare și sisteme eoliene (care utilizează energie electrică pentru a genera hidrogen și oxigen din apă) și sistemul energetic photoconversion direct (folosind materiale semiconductoare sau enzime pentru producerea hidrogenului) ar putea furniza alimentare cu hidrogen, fără etapă de reformare, și astfel mod, ar putea fi evitate emisiile, care se observă atunci când se utilizează benzină sau metanol cu celule de combustibil. Hidrogen ar putea fi acumulate și transformată în energie electrică într-o celulă de combustibil după cum este necesar. În viitor, conexiunea celule de combustibil cu acest tip de energie din surse regenerabile este probabil să fie o strategie eficientă pentru a asigura o sursă de energie productivă, grijuliu ecologic și versatil.
Recomandări IEER constă în faptul că autoritățile locale și federale, precum și guvernele de stat o parte din bugetele lor de achiziții de echipamente de transport au fost trimise la celula de vehicule de combustibil, precum și alte sisteme de celule de combustibil staționare pentru a furniza căldură și electricitate, la unele dintre semnificative sau noua sa clădiri. Acest lucru va contribui la dezvoltarea tehnologiilor vitale și de a reduce emisiile de gaze cu efect de seră.
Introducerea tehnologiei durabile: celule de combustibil
Sursa: Institutul pentru Energie și Cercetare a Mediului, www.ieer.org
- Subiect: surse non-tradiționale și noi de energie termică
- descarca arhiv.zip (12 CBT)
- articolul Print
- Discutați despre articol pe forum