Hoe brandstofprocessors werken

  • Gyles Lewis
  • 0
  • 3349
  • 780
AFV-afbeeldingengalerij Een brandstofcel van 250 kW met ingebouwde aardgasreformer. Zie afbeeldingen van voertuigen op alternatieve brandstof. Foto met dank aan Ballard Power Systems

-Als je het artikel over brandstofcellen leest, weet je dat ze elektriciteit produceren uit waterstof en zuurstof en alleen stoom uitstoten. Het grootste probleem met brandstofcellen op waterstof is de opslag en distributie van waterstof. Zie Hoe de Hydgrogen Economy werkt voor details. -

-Waterstofgas is geen brandstof met veel energie, wat betekent dat het weinig energie per volume-eenheid bevat in vergelijking met een vloeibare brandstof zoals benzine of methanol. Het is dus moeilijk om voldoende waterstofgas in een brandstofcelauto te stoppen om een ​​redelijk rijbereik te hebben. Vloeibare waterstof heeft een goede energiedichtheid, maar moet bij extreem lage temperaturen en hoge drukken worden opgeslagen; dit maakt opslag en transport nogal moeilijk.

-C-ommon-brandstoffen zoals aardgas, propaan en benzine, en minder gangbare zoals methanol en ethanol, hebben allemaal waterstof in hun moleculaire structuur. Als er een technologie was die de waterstof uit deze brandstoffen zou kunnen verwijderen en deze zou kunnen gebruiken om de brandstofcel van stroom te voorzien, zou het probleem met de opslag en distributie van waterstof bijna volledig zijn geëlimineerd.

Die technologie is in ontwikkeling. Het heet een brandstof processor, of een hervormer. In deze editie van, zullen we leren hoe de stoomreformer werken.

Inhoud
  1. Het doel van brandstofverwerkers
  2. De Steam-hervormer
  3. Hoe de brandstofprocessor en brandstofcel samenwerken
  4. De keerzijde van brandstofprocessors

De taak van de brandstofprocessor is om relatief zuivere waterstof aan een brandstofcel te leveren, met behulp van een brandstof die direct beschikbaar of gemakkelijk te vervoeren is. Brandstofverwerkers moeten dit op een efficiënte manier kunnen doen met een minimum aan vervuiling - anders gaan ze de voordelen van het gebruik van een brandstofcel teniet..

Voor auto's is het belangrijkste probleem energie opslag. Om grote tanks onder zware druk te vermijden, verdient vloeibare brandstof de voorkeur boven gas. Bedrijven werken aan brandstofverwerkers voor vloeibare brandstoffen zoals benzine en methanol. Methanol is de meest veelbelovende brandstof op korte termijn; het kan op vrijwel dezelfde manier worden opgeslagen en gedistribueerd als benzine dat nu is.

Voor huizen en stationaire energieopwekking hebben brandstoffen zoals aardgas of propaan de voorkeur. Veel elektriciteitscentrales en huizen zijn al via pijpleidingen aangesloten op aardgas. En sommige huizen die niet zijn aangesloten op gasleidingen, hebben propaantanks. Het is dus logisch om deze brandstoffen om te zetten in waterstof voor gebruik in stationaire brandstofcellen.

Zowel methanol als aardgas kunnen worden omgezet in waterstof in een stoomreformer.

Er zijn een paar soorten stoomreformers, een reformeren van methanol en de andere hervorming natuurlijk gas.

Methanol hervormen

De moleculaire formule voor methanol is CH3OH. Het doel van de reformer is om zoveel mogelijk waterstof te verwijderen (H.) mogelijk uit dit molecuul, terwijl de uitstoot van verontreinigende stoffen zoals koolmonoxide (CO). Het proces begint met de verdamping van vloeibare methanol en water. Hiervoor wordt warmte gebruikt die tijdens het reformeringsproces wordt geproduceerd. Dit mengsel van methanol en waterdamp wordt door een verwarmde kamer geleid die een katalysator bevat.

Terwijl de methanolmoleculen de katalysator raakten, splitsten ze zich in koolmonoxide (CO) en waterstofgas (H.2):

De waterdamp splitst zich in waterstofgas en zuurstof; deze zuurstof combineert met de CO om CO te vormen2. Op deze manier komt er heel weinig CO vrij, aangezien het meeste wordt omgezet in CO2.

Hervorming van aardgas

Aardgas, dat grotendeels uit methaan bestaat (CH4), wordt verwerkt met behulp van een vergelijkbare reactie. Het methaan in het aardgas reageert met waterdamp om koolmonoxide en waterstofgassen te vormen.

Net zoals bij het reformeren van methanol, splitst de waterdamp zich in waterstofgas en zuurstof, waarbij de zuurstof zich combineert met de CO om CO te vormen2.

Geen van deze reacties is perfect; wat methanol of aardgas en koolmonoxide komen erdoor zonder te reageren. Deze worden verbrand in aanwezigheid van een katalysator, met een beetje lucht om zuurstof toe te voeren. Dit zet het grootste deel van de resterende CO om in CO2, en de resterende methanol in CO2 en water. Er kunnen verschillende andere apparaten worden gebruikt om andere verontreinigende stoffen, zoals zwavel, die zich in de uitlaatstroom kunnen bevinden, op te ruimen.

Het is belangrijk om verwijder de koolmonoxide uit de uitlaatstroom om twee redenen: ten eerste, als de CO door de brandstofcel stroomt, worden de prestaties en levensduur van de brandstofcel verminderd; Ten tweede is het een gereguleerde verontreinigende stof, dus auto's mogen er maar kleine hoeveelheden van produceren.

- Om stroom te creëren, moeten verschillende systemen samenwerken om de vereiste elektrische output te leveren. Een typisch systeem zou bestaan ​​uit een elektrische belasting (zoals een huis of een elektromotor), a brandstofcel en een brandstof processor.

Laten we het geval nemen van een auto met brandstofcel. Als je op het gas (waterstof) pedaal trapt, gebeuren er verschillende dingen op ongeveer hetzelfde moment:

  • De elektromotorcontroller begint meer stroom te leveren aan de elektromotor en de elektromotor genereert meer koppel.
  • In de brandstofcel wordt meer waterstof gereageerd, waardoor meer elektronen worden geproduceerd die door de elektromotor en controller komen en de toegenomen vraag naar energie bijhouden.
  • De brandstofprocessor begint meer methanol door zijn systeem te pompen, waardoor er meer waterstof ontstaat. Een andere pomp verhoogt de stroom waterstof die naar de brandstofcel gaat.

Een vergelijkbare reeks gebeurtenissen vindt plaats in uw huis wanneer u plotseling de vraag naar elektriciteit verhoogt. Als uw airconditioning bijvoorbeeld aan gaat, moet het vermogen van de brandstofcel snel toenemen, anders dimmen de lichten totdat de brandstofcel de vraag kan inhalen..

Brandstofverwerkers hebben ook nadelen, waaronder verontreiniging en algehele brandstof efficiëntie.

Verontreiniging

Hoewel brandstofverwerkers waterstofgas aan een brandstofcel kunnen leveren terwijl ze veel minder vervuiling produceren dan een interne verbrandingsmotor, produceren ze toch een aanzienlijke hoeveelheid kooldioxide (CO2). Hoewel dit gas geen gereguleerde verontreinigende stof is, wordt ervan verdacht dat het bijdraagt ​​aan de opwarming van de aarde.

Als zuivere waterstof wordt gebruikt in een brandstofcel, is het enige bijproduct water (in de vorm van stoom). Geen CO2 of een ander gas wordt uitgestoten. Maar omdat brandstofcelauto's die brandstofprocessors gebruiken kleine hoeveelheden gereguleerde verontreinigende stoffen uitstoten, zoals koolmonoxide, zullen ze niet kwalificeren als voertuigen met nulemissie (ZEV's) volgens de emissiewetten van Californië. Op dit moment zijn de belangrijkste technologieën die in aanmerking komen als ZEV's de elektrische auto op batterijen en de brandstofcelauto op waterstof..

In plaats van te proberen brandstofverwerkers te verbeteren tot het punt waarop ze geen gereguleerde verontreinigende stoffen uitstoten, werken sommige bedrijven aan nieuwe manieren om waterstof op het voertuig opslaan of produceren. Ovonic ontwikkelt een opslagapparaat voor metaalhydride dat waterstof opneemt zoals een spons water opneemt. Dit elimineert de noodzaak voor opslagtanks onder hoge druk en kan de hoeveelheid waterstof die in een voertuig kan worden opgeslagen, vergroten.

Powerball Technologies wil kleine plastic balletjes vol natriumhydride gebruiken, die waterstof produceren wanneer ze worden geopend en in het water vallen. Het bijproduct van deze reactie, vloeibaar natriumhydroxide, is een veelgebruikte industriële chemische stof.

Efficiëntie

Een ander nadeel van de brandstofprocessor is dat het de algehele efficiëntie van de brandstofcelauto verlaagt. De brandstofprocessor gebruikt warmte en druk om de reacties te ondersteunen die de waterstof splitsen. Afhankelijk van het soort brandstof dat wordt gebruikt en de efficiëntie van de brandstofcel en brandstofprocessor, kan de efficiëntieverbetering ten opzichte van conventionele benzineauto's vrij klein zijn. Zie deze vergelijking van de efficiëntie van een auto met brandstofcel, een auto met benzinemotor en een elektrische auto.

Bekijk de links op de volgende pagina voor veel meer informatie.

Gerelateerde artikelen

  • Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
  • Hoe de brandstofcellen werken
  • Hoe hybride auto's werken
  • Hoe elektrische auto's werken
  • Hoe de waterstofeconomie werkt
  • Hoe benzine werkt
  • Hoe katalysatoren werken
  • Hoe kracht, kracht, koppel en energie werken

Meer geweldige links

  • Compacte brandstofprocessors voor brandstofcellen in auto's
  • FuelCellMaterials.com
  • Methanol-hervorming
  • Brandstofverwerking
  • Multi-fuel processors
  • Nieuwe micro-brandstofprocessor
  • Ford en Mobil boeken vooruitgang met nieuwe benzinevormer voor brandstofcelvoertuigen
  • Beschrijvingen van brandstofcellen



Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.

De meest interessante artikelen over geheimen en ontdekkingen. Veel nuttige informatie over alles
Artikelen over wetenschap, ruimte, technologie, gezondheid, milieu, cultuur en geschiedenis. Duizenden onderwerpen uitleggen, zodat u weet hoe alles werkt