Hur bränsleprocessorer fungerar

  • Yurii Mongol
  • 0
  • 3066
  • 435
AFV Image Gallery En bränslecell på 250 kW med en inbyggd naturgasreformator. Se bilder på alternativa bränslefordon. Foto med tillstånd av Ballard Power Systems

-Om du läser artikeln om bränsleceller vet du att de producerar elektricitet från väte och syre och endast avger ånga. Det huvudsakliga problemet med vätgasdrivna bränsleceller involverar lagring och distribution av väte. Se hur Hydgrogen Economy fungerar för detaljer. -

-Vätgas är inte ett särskilt energitätt bränsle, vilket betyder att den innehåller lite energi per volymenhet jämfört med ett flytande bränsle som bensin eller metanol. Så det är svårt att få tillräckligt med vätgas i en bränslecelldriven bil för att ge den ett rimligt körområde. Flytande väte har god energitäthet, men det måste lagras vid extremt låga temperaturer och höga tryck; detta gör det ganska svårt att lagra och transportera det.

-C-ommon-bränslen som naturgas, propan och bensin och mindre vanliga som metanol och etanol har alla väte i sin molekylstruktur. Om det fanns en teknik som kunde ta bort väte från dessa bränslen och använda det för att driva bränslecellen, skulle vätgaslagrings- och distribueringsproblemet elimineras nästan helt.

Den tekniken är under utveckling. Det kallas en bränsleprocessor, eller a reformator. I denna utgåva av kommer vi att lära oss hur ångreformator Arbetar.

Innehåll
  1. Syftet med bränsleprocessorer
  2. Ångreformatoren
  3. Hur bränsleprocessorn och bränslecellen arbetar tillsammans
  4. Nackdelen med bränsleprocessorer

Bränsleprocessorns uppgift är att tillhandahålla relativt rent väte till en bränslecell med användning av ett bränsle som är lätt tillgängligt eller lätt att transportera. Bränsleprocessorer måste kunna göra detta på ett effektivt sätt med ett minimum av föroreningar - annars avskaffar de fördelarna med att använda en bränslecell i första hand.

För bilar är huvudfrågan energilagring. För att undvika att ha stora, tunga trycktankar föredras ett flytande bränsle framför en gas. Företag arbetar med bränsleprocessorer för flytande bränslen som bensin och metanol. metanol är det mest lovande bränslet på kort sikt; det kan lagras och distribueras på ungefär samma sätt som bensin nu.

För hus och stationär kraftproduktion föredras bränslen som naturgas eller propan. Många kraftverk och hus är redan anslutna till naturgasförsörjning via pipeline. Och vissa hus som inte är anslutna till gasledningar har propantankar. Så det är vettigt att konvertera dessa bränslen till väte för användning i stationära bränsleceller.

Både metanol och naturgas kan omvandlas till väte i en ångreformator.

Det finns ett par typer av ångreformatorer, en reformering av metanol och den andra reformeringen naturgas.

Omformning av metanol

Molekylformeln för metanol är CH3ÅH. Målet för reformatoren är att ta bort lika mycket av väte (H) som möjligt från denna molekyl, samtidigt som utsläppen av föroreningar som kolmonoxid (CO). Processen börjar med förångning av flytande metanol och vatten. Värme som produceras i reformprocessen används för att uppnå detta. Denna blandning av metanol och vattenånga passeras genom en uppvärmd kammare som innehåller en katalysator.

När metanolmolekylerna träffade katalysatorn delades de upp i kolmonoxid (CO) och vätgasH2):

Vattenångan delas upp i vätgas och syre; detta syre kombineras med CO för att bilda CO2. På detta sätt släpps väldigt lite CO, eftersom det mesta konverteras till CO2.

Reformering av naturgas

Naturgas, som huvudsakligen består av metan (CH4), behandlas med användning av en liknande reaktion. Metan i naturgasen reagerar med vattenånga och bildar kolmonoxid och vätgas.

Precis som det gör vid reformering av metanol, delar vattenångan upp i vätgas och syre, vilket syret kombinerar med CO och bildar CO2.

Ingen av dessa reaktioner är perfekta; en del metanol eller naturgas och kolmonoxid klarar det utan att reagera. Dessa bränns i närvaro av en katalysator, med lite luft för att tillföra syre. Detta konverterar de flesta av de återstående CO till CO2, och resterande metanol till CO2 och vatten. Olika andra anordningar kan användas för att rensa upp alla andra föroreningar, såsom svavel, som kan vara i avgasströmmen.

Det är viktigt att eliminera kolmonoxiden från avgasströmmen av två skäl: För det första, om CO passerar genom bränslecellen, reduceras bränslecellens prestanda och livslängd; för det andra är det ett reglerat förorenande ämne, så bilar får bara producera små mängder av det.

- För att skapa ström måste flera system arbeta tillsammans för att ge den erforderliga elektriska utgången. Ett typiskt system skulle bestå av en elektrisk belastning (t.ex. ett hus eller en elmotor), a bränslecell och bränsleprocessor.

Låt oss ta upp en bil med bil med bränslecell. När du kliver på gaspedalen (väte) händer flera saker ungefär samtidigt:

  • Elmotorstyrenheten börjar mata mer ström till elmotorn och elmotorn genererar mer vridmoment.
  • I bränslecellen reageras mer väte, vilket producerar fler elektroner som tar sig igenom elmotorn och regulatorn, vilket håller upp med det ökade effektbehovet.
  • Bränsleprocessorn börjar pumpa mer metanol genom sitt system, vilket skapar mer väte. En annan pump ökar väteflödet som går till bränslecellen.

En liknande händelseföljd händer i ditt hus när du plötsligt ökar den elektriska efterfrågan. Till exempel, när din luftkonditionering slås på, måste bränslecellens kraftuttag öka snabbt, annars kommer lamporna att dämpa tills bränslecellen klarar av efterfrågan.

Bränsleprocessorer har också nackdelar, inklusive förorening och totalt bränsle effektivitet.

Förorening

Även om bränsleprocessorer kan tillhandahålla vätgas till en bränslecell medan de producerar mycket mindre föroreningar än en förbränningsmotor, producerar de fortfarande en betydande mängd koldioxid (CO)2). Även om denna gas inte är ett reglerat förorenande misstänks den ha bidragit till den globala uppvärmningen.

Om rent väte används i en bränslecell är den enda biprodukten vatten (i form av ånga). Inget CO2 eller någon annan gas släpps ut. Men eftersom bränslecellsdrivna bilar som använder bränsleprocessorer avger små mängder reglerade föroreningar, till exempel kolmonoxid, kommer de inte att betecknas som nollutsläpp fordon (ZEV) enligt Kaliforniens utsläppslagar. Just nu är de viktigaste teknologierna som kallas ZEV: er den batteridrivna elbilen och den vätgasdrivna bränslecellbilen.

Istället för att försöka förbättra bränsleprocessorer till den punkten att de inte kommer att släppa ut några reglerade föroreningar, arbetar vissa företag på nya sätt att lagra eller producera väte på fordonet. Ovonic utvecklar en metallhydridlagringsanordning som absorberar väte något som en svamp som absorberar vatten. Detta eliminerar behovet av högtryckslagringstankar och kan öka mängden väte som kan lagras på ett fordon.

Powerball Technologies vill använda små plastbollar fulla av natriumhydrid, som producerar väte när de öppnas och tappas i vatten. Biprodukten av denna reaktion, flytande natriumhydroxid, är en vanligt använd industriell kemikalie.

Effektivitet

En annan nackdel med bränsleprocessorn är att den minskar bränslecellbilens totala effektivitet. Bränsleprocessorn använder värme och tryck för att underlätta reaktionerna som delar upp väte. Beroende på vilken typ av bränsle som används och bränslecellens och bränsleprocessorns effektivitet kan effektivitetsförbättringen jämfört med konventionella bensindrivna bilar vara ganska liten. Se denna jämförelse av effektiviteten hos en bränslecelldriven bil, en bensindriven bil och en elbil.

För mycket mer information, kolla in länkarna på nästa sida.

Relaterade artiklar

  • Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
  • H-ow bränsleceller fungerar
  • Hur hybridbilar fungerar
  • Hur elbilar fungerar
  • Hur väteekonomin fungerar
  • Hur bensin fungerar
  • Hur katalytiska omvandlare fungerar
  • Hur kraft, kraft, moment och energi fungerar

Fler bra länkar

  • Kompakta bränsleprocessorer för fordonsbränsleceller
  • FuelCellMaterials.com
  • Metanolreformering
  • Bränslebearbetning
  • Multi-Fuel-processorer
  • Roman mikrobränsleprocessor
  • Ford och Mobil gör framsteg när det gäller nya bensinreformatorer för bränslecellfordon
  • Beskrivningar av bränsleceller



Ingen har kommenterat den här artikeln än.

De mest intressanta artiklarna om hemligheter och upptäckter. Massor av användbar information om allt
Artiklar om vetenskap, rymd, teknik, hälsa, miljö, kultur och historia. Förklara tusentals ämnen så att du vet hur allt fungerar