211service.com
Een praktische brandstofcelcentrale
Een van de meest efficiënte manieren om stroom te produceren in toekomstige kolenvergassingscentrales is met vaste-oxidebrandstofcellen, die de waterstof uit de gasstroom gebruiken om elektriciteit op te wekken door middel van chemische reacties. Dit is efficiënter dan het simpelweg verbranden van de gasstroom uit kolenvergassing. En in tegenstelling tot andere soorten brandstofcellen, kan de vaste-oxidevariant werken bij zeer hoge temperaturen en efficiënties, en worden opgeschaald om steden van stroom te voorzien.
GE's nieuwe vaste-oxide brandstofcel-prototype bereikt een kostendoorbraak dankzij een goedkoop productieproces dat keramische en elektrolytlagen assembleert. Het apparaat van zes kilowatt, dat koolwaterstofbrandstof omzet in elektriciteit met een efficiëntie van 49 procent, wordt momenteel geëvalueerd door het Amerikaanse ministerie van Energie voor mogelijk gebruik voor stroomopwekking in toekomstige kolenvergassingsinstallaties. (Tegoed: GE)
Maar onder de verschillende uitdagingen voor de ontwikkeling van de technologie, waren de productiekosten een potentiële dealbreaker. Nu hebben onderzoekers van GE een productiemethode gedemonstreerd die lagen van keramische en elektrolytmaterialen goedkoop assembleert, zodat het eindproduct kan worden gebouwd voor ongeveer $ 800 per kilowatt, wat de bouwkosten van $ 500 tot $ 550 per kilowatt begint te benaderen een conventionele gasgestookte elektriciteitscentrale.
GE's prototype van zes kilowatt behaalt een efficiëntie van 49 procent bij het omzetten van brandstof in elektriciteit, wat gunstig afsteekt bij de efficiëntie van 35 procent van conventionele kolencentrales. Ik geloof echt dat GE een nieuwe stand van de techniek heeft neergezet, zegt Wayne Surdoval, technologiemanager voor brandstofcellen bij de Nationaal laboratorium voor energietechnologie , onderdeel van het Amerikaanse ministerie van Energie, dat financiert dit project en anderen gericht op het produceren van betere vaste-oxidebrandstofcellen. Waar het op neerkomt, voegt hij eraan toe, is dat het GE-prototype een bijzonder goedkope brandstofcel is om te maken. Kortom, u gebruikt eenvoudige fabricagetechnieken met redelijk goedkope materialen in de cel.
Surdoval vergelijkt het proces met het maken van pizzadeeg. Drie sets materialen - die de twee elektroden en één elektrolyt vertegenwoordigen waaruit elke laag van een brandstofcel bestaat - worden gemengd en door twee rollen geleid die ze samenknijpen. Je hebt drie verschillende deegsoorten, je maakt ze allemaal plat, legt ze in lagen en maakt ze vervolgens plat, legt hij uit. Dan bak je het in principe.
Het proces maakt de weg vrij voor massaproductie, volgens Kelley Fletcher, de leider op het gebied van geavanceerde technologie voor programma's voor duurzame energie bij GE wereldwijd onderzoek , in Niskayuna, NY. Mensen hebben brandstofcellen gemaakt die meer vermogen leveren, en mensen hebben ook cellen gemaakt die dit efficiëntieniveau hebben bereikt, zegt hij. Maar om dat in één pakket te doen, en tegen de kostenraming die we hebben gemaakt, is hier de echte prestatie. Eerdere prototypes hebben duizenden dollars per kilowatt gekost om te produceren, zegt hij.
Natuurlijk zijn er nog andere wegversperringen. Zwavel in de koolwaterstofbrandstof kan de brandstofcel verontreinigen en afbreken. GE en anderen werken aan verschillende voorbehandelingsprocessen om de verontreiniging uit de brandstofcel te houden. Onderzoekers van Tufts University hebben bijvoorbeeld een manier ontwikkeld om cerium- en lanthaanoxiden te gebruiken om zwavel te verwijderen.
Maria Flytzani-Stephanopoulos , een chemisch ingenieur bij Tufts die de ontwikkeling van de scrubber leidde, waarschuwt dat hoewel het GE-werk indrukwekkend is, er grote uitdagingen in het verschiet liggen. Ik denk dat de gerapporteerde cijfers een belangrijke ontwikkeling vertegenwoordigen, zegt ze. Uiteraard moet bij toekomstige werkzaamheden worden aangetoond dat opschalingssystemen even efficiënt zijn.
Het werk maakt deel uit van een Department of Energy schone-koleninitiatief gelanceerd in 2003 met als doel om binnen tien jaar een zeer efficiënte, multi-megawatt, vaste-oxide brandstofcelcentrale te bouwen in combinatie met kolenvergassingstechnologie. Men denkt dat de Verenigde Staten ongeveer 250 jaar aan steenkool in de grond hebben. Maar het verbranden van kolen doemt op als een belangrijke factor bij het vergroten van de opwarming van de aarde; inderdaad, steenkool stoot meer koolstofdioxide uit voor elke geproduceerde eenheid energie dan welke andere fossiele brandstof dan ook.
In kolenvergassingsinstallaties wordt de steenkool verwarmd en omgezet in een syngas, een mengsel van voornamelijk koolmonoxide en waterstof. Dit kan vervolgens worden verbrand in een type elektriciteitscentrale genaamd Integrated Gasification Combined Cycle. Met de GE-technologie kan waterstof uit het syngas worden gehaald en door een brandstofcel met vaste oxide worden gestuurd.