Топливный элемент на реформированном метаноле
Топливные элементы с реформированным метанолом ( RMFC ) или системы с непрямым метанолом (IMFC) представляют собой подкатегорию протонообменных топливных элементов , в которых топливо, метанол (CH 3 OH), подвергается реформингу перед подачей в топливный элемент .
Системы RMFC имеют преимущества перед системами топливных элементов с прямым метанолом (DMFC), включая более высокую эффективность, меньшие по размеру блоки элементов, меньшие требования к чистоте метанола, отсутствие управления водными ресурсами, лучшую работу при низких температурах и хранение при минусовых температурах, поскольку метанол представляет собой жидкость из от -97,0 до 64,7 °C (от -142,6 до 148,5 °F), а также отсутствие в ячейках жидкой смеси метанола и воды, которая может разрушить мембрану ДМФЭ в случае замерзания.
Причина высокой эффективности RMFC в отличие от DMFC заключается в том, что в батарею топливного элемента вместо метанола подается водородосодержащий газ и перенапряжение (потери мощности на каталитическую конверсию) на аноде у водорода значительно ниже, чем у метанола. Компромисс заключается в том, что системы RMFC работают при более высоких температурах и, следовательно, требуют более совершенного управления теплом и изоляции. Отходами топливных элементов этих типов являются углекислый газ и вода.
Метанол используется в качестве топлива, поскольку он по своей природе имеет плотность водорода ( носитель водорода ) и может быть преобразован паром в водород при низких температурах по сравнению с другими углеводородными топливами. Кроме того, метанол встречается в природе, биоразлагаем и энергоемок.
Системы RMFC состоят из системы обработки топлива (FPS), [1] , топливный элемент топливный картридж и БОП ( остаток установки ). [2]
Затраты на хранение и топливо
[ редактировать ]Топливный картридж хранит метаноловое топливо. В зависимости от конструкции системы в качестве топлива для системы RMFC обычно используется либо 100% метанол (промышленный стандарт IMPCA), либо смесь метанола с содержанием воды до 40 об.%. 100% метанол приводит к более низкому расходу топлива, чем водно-метанольная смесь (Premix), но сопровождается более высокой сложностью системы топливных элементов для конденсации катодной влаги.
Затраты на топливо для RMFC обычно составляют около 0,4–1,1 долларов США/кВтч. [ нужна ссылка ] (обычный метанол) соотв. 0,45-1,3 долл./кВтч [ нужна ссылка ] ( возобновляемый метанол , производимый из бытовых отходов или возобновляемой электроэнергии). Для сравнения, стоимость низкотемпературного топливного элемента PEM, работающего на водороде, для обычного водорода (в упаковке баллонов) составляет около 4,5-10 долларов США/кВтч.
Система подготовки топлива (FPS) в
[ редактировать ]Метанол → Частичное окисление (POX)/ Автотермический риформинг (ATR) → конверсии водяного газа Реакция (WGS) → Предпочтительное окисление (PROX) Установка риформинга метанола преобразует метанол в H 2 и CO 2 , реакция, которая происходит при температуре от 250 °C до 300 °C.
Топливный элемент
[ редактировать ]→ Батарея топливных элементов в мембранно-электродном блоке (MEA) вырабатывает электричество в ходе реакции, в которой сочетаются H 2 (преобразованный из метанола в топливном процессоре) и O 2 и образуется вода (H 2 O) в качестве побочного продукта. низкотемпературный топливный элемент с протонообменной мембраной (LT-PEMFC) или высокотемпературный топливный элемент с протонообменной мембраной Обычно для RMFC используется (HT-PEMFC).
Выход системы подготовки топлива (FPS)
[ редактировать ]→ Камера сгорания хвостовых газов (ТГК) каталитического дожига или ( каталитического сжигания ) с платино - глиноземным (Pt–Al2O3) [3] катализатор [4] [5] → condenser
Баланс завода
[ редактировать ]Остальная часть установки (BOP) состоит из всех топливных насосов , воздушных компрессоров и вентиляторов , необходимых для циркуляции газа и жидкости в системе. Для работы и мониторинга RMFC также часто необходима система управления.
Состояние разработки и коммерческие продукты
[ редактировать ]Системы RMFC достигли продвинутой стадии развития. Например, небольшая система, разработанная Ultracell для вооруженных сил США [1] , соответствует требованиям по экологической устойчивости , безопасности и производительности, установленным Научно-исследовательским центром связи, электроники и электроники армии США , и коммерчески доступна.
Более крупные системы мощностью от 350 Вт до 8 МВт также доступны для различных применений, таких как выработка электростанций, резервная выработка электроэнергии, аварийное электроснабжение , вспомогательная силовая установка (ВСУ) и расширение диапазона аккумуляторов (электромобили, корабли).
В отличие от дизельных или бензиновых генераторов интервал технического обслуживания систем RMFC обычно значительно больше, поскольку не требуется замена масляных фильтров и других запчастей двигателя. Таким образом, использование RMFC в автономных приложениях (например, при обслуживании автомагистралей) и в отдаленных районах (например, в телекоммуникациях, в горах) часто предпочтительнее дизельных генераторных установок .
Преимущественными считаются и другие характеристики, такие как биоразлагаемость метанола, возможность использования возобновляемого метанола, низкие затраты на топливо, отсутствие выбросов твердых частиц/NOx, низкий уровень шума и низкий расход топлива (длинный интервал подачи топлива).
В электромобиле спортивного автомобиля Gumpert Nathalie используется технология RMFC.
Датская компания Blue World Technologies строит крупнейший в мире завод по производству метанольных топливных элементов непрямого действия для автомобильной промышленности. [2]
| Компания | Страна | Тип топливного элемента (стек) | Топливо |
|---|---|---|---|
| Blue World Technologies ApS | Дания | HT-PEM | |
| CHEM | Тайвань | ПЕМ | метанол-водяная смесь [6] |
| Сикенс ГмбХ | Германия | HT-PEM | 100% метанол [7] или смесь метанола и воды [8] |
| ООО «УльтраСелл» | олень | метанол-водяная смесь [9] | |
| Адвент Технологии | олень | HT-PEM |
См. также
[ редактировать ]- Реформатор метанола
- Метанол (страница данных)
- Метаноловая экономика
- Микронасос
- Топливный элемент
- Глоссарий терминов топливных элементов
- Водородные технологии
- Применение портативных топливных элементов
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Университет, Стамбул. «Стамбульский университет – научный мост из истории в будущее – 1453 год» . www.istanbul.edu.tr .
- ^ Баланс завода. Архивировано 11 апреля 2007 г. в Wayback Machine.
- ^ "Поиск" . AZoM.com .
- ^ «Каталитические процессы производства чистого водорода из углеводородов» (PDF) .
- ^ Брайан Дж. Бауэрс; Цзянь Л. Чжаоа; Майкл Руффоа; Рафей Хана; Друва Даттатраяа; Натан Душмана; Жан-Кристоф Безиаб (2007). «Бортовой топливный процессор для автомобилей на топливных элементах PEM». Международный журнал водородной энергетики . 32 (10–11): 1437–1442. doi : 10.1016/j.ijhydene.2006.10.045 .
- ^ «Топливный элемент, преобразованный из метанола в телекоммуникациях» (PDF) . ХИМ . Проверено 4 августа 2021 г.
- ^ «SIQENS Ecoport 800» (PDF) . Проверено 4 августа 2021 г.
- ^ "ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ" . Сикенс . Проверено 4 августа 2021 г.
- ^ «Часто задаваемые вопросы по технологиям» . УльтраСелл . Проверено 4 августа 2021 г.