Hvordan drivstoffprosessorer fungerer

AFV Image Gallery En drivstoffcelle på 250 kW med en innebygd reformer av naturgass. Se bilder av alternative drivstoffbiler. Foto med tillatelse fra Ballard Power Systems

-Hvis du leser artikkelen om brenselceller, vet du at de produserer strøm fra hydrogen og oksygen, og avgir bare damp. Hovedproblemet med hydrogendrevne brenselceller involverer lagring og distribusjon av hydrogen. Se hvordan Hydgrogen Economy fungerer for detaljer. -

-Hydrogengass er ikke et veldig energitett drivstoff, noe som betyr at den inneholder lite energi per volumenhet sammenlignet med et flytende drivstoff som bensin eller metanol. Så det er vanskelig å få plass nok hydrogengass i en bil med drivstoffcelle til å gi den et rimelig kjøreområde. Flytende hydrogen har god energitetthet, men det må lagres ved ekstremt lave temperaturer og høye trykk; dette gjør lagring og transport av det ganske vanskelig.

-C-ommon brensel som naturgass, propan og bensin, og mindre vanlige som metanol og etanol, har alle hydrogen i sin molekylstruktur. Hvis det var en teknologi som kunne fjerne hydrogenet fra disse drivstoffene og bruke det til å drive brenselcellen, ville hydrogenlagrings- og distribusjonsproblemet bli eliminert nesten helt.

At teknologien er i utvikling. Det kalles a drivstoffprosessor, eller a reformator. I denne utgaven av vil vi lære hvordan dampreformator virker.

innhold

1. Formålet med drivstoffprosessorer
2. Dampreformatoren
3. Hvordan drivstoffprosessor og brenselcelle fungerer sammen
4. Ulempen med drivstoffprosessorer

Drivstoffprosessorens jobb er å tilveiebringe relativt rent hydrogen til en brenselcelle ved å bruke et drivstoff som er lett tilgjengelig eller lett transportabelt. Drivstoffprosessorer må kunne gjøre dette på en effektiv måte med et minimum av forurensning - ellers negerer de fordelene ved å bruke en brenselcelle i utgangspunktet.

For biler er hovedspørsmålet energilagring. For å unngå å ha store, tunge trykkbeholdere foretrekkes et flytende drivstoff fremfor en gass. Bedrifter jobber med drivstoffprosessorer for flytende drivstoff som bensin og metanol. metanol er det mest lovende drivstoffet på kort sikt; den kan lagres og distribueres på omtrent samme måte som bensin er nå.

For hus og stasjonær kraftproduksjon er brensel som naturgass eller propan foretrukket. Mange kraftstasjoner og hus er allerede koblet til naturgassforsyninger via rørledning. Og noen hus som ikke er koblet til bensinledninger har propantanker. Så det er fornuftig å konvertere disse drivstoffene til hydrogen for bruk i stasjonære brenselceller.

Både metanol og naturgass kan omdannes til hydrogen i en dampreformator.

Det er et par typer dampreformatorer, en reformering av metanol og den andre reformeringen naturgass.

Reformering av metanol

Molekylformelen for metanol er CH₃ÅH. Målet med reformatoren er å fjerne like mye av hydrogenet (H) som mulig fra dette molekylet, mens minimering av utslipp av forurensninger som karbonmonoksid (CO). Prosessen starter med fordampning av flytende metanol og vann. Varme produsert i reformeringsprosessen brukes til å oppnå dette. Denne blandingen av metanol og vanndamp føres gjennom et oppvarmet kammer som inneholder en katalysator.

Når metanolmolekylene treffer katalysatoren, delte de seg opp i karbonmonoksid (CO) og hydrogengass (H₂):

Vanndampen deler seg opp i hydrogengass og oksygen; dette oksygenet kombineres med CO for å danne CO₂. På denne måten slippes veldig lite CO ut, da det meste av det blir konvertert til CO₂.

Reformering av naturgass

Naturgass, som hovedsakelig er sammensatt av metan (CH₄), behandles med en lignende reaksjon. Metan i naturgassen reagerer med vanndamp og danner karbonmonoksid og hydrogengasser.

Akkurat som det gjør når man reformerer metanol, deler vanndampen seg i hydrogengass og oksygen, og oksygenet kombineres med CO for å danne CO₂.

Ingen av disse reaksjonene er perfekte; noe metanol eller naturgass og karbonmonoksid klarer det uten å reagere. Disse brennes i nærvær av en katalysator, med litt luft for å tilføre oksygen. Dette konverterer de fleste av de gjenværende CO til CO₂, og den gjenværende metanol til CO₂ og vann. Ulike andre enheter kan brukes til å rydde opp i andre forurensninger, for eksempel svovel, som kan være i eksosstrømmen.

Det er viktig å eliminere karbonmonoksid fra eksosstrømmen av to grunner: For det første, hvis CO passerer gjennom brenselcellen, reduseres ytelsen og levetiden til brenselcellen; For det andre er det et regulert miljøgifter, så biler har bare lov til å produsere små mengder av det.

- For å lage strøm må flere systemer samarbeide for å skaffe den nødvendige elektriske utgangen. Et typisk system vil bestå av en elektrisk belastning (for eksempel et hus eller en elektrisk motor), a brenselcelle og drivstoffprosessor.

La oss ta saken om en bil med drivstoffcelle. Når du tråkker på gass (hydrogen) pedalen, skjer det flere ting omtrent samtidig:

• Den elektriske motorstyringen begynner å tilføre mer strøm til den elektriske motoren, og den elektriske motoren genererer mer dreiemoment.
• I brenselcellen reageres mer hydrogen, og produserer flere elektroner som tar veien gjennom den elektriske motoren og kontrolleren, og holder tritt med det økte strømbehovet.
• Drivstoffprosessoren begynner å pumpe mer metanol, men systemet skaper mer hydrogen. En annen pumpe øker hydrogenstrømmen som går til brenselcellen.

En lignende hendelsesrekkefølge skjer i huset ditt når du plutselig øker det elektriske behovet. For eksempel, når klimaanlegget slås på, må krafteffekten til brenselcellen øke raskt, ellers vil lysene svake til brenselcellen kan fange opp etterspørselen.

Drivstoffprosessorer har også ulemper, inkludert forurensing og samlet drivstoff effektivitet.

Forurensing

Selv om drivstoffprosessorer kan gi hydrogengass til en brenselcelle mens de produserer mye mindre forurensning enn en forbrenningsmotor, produserer de fortsatt en betydelig mengde karbondioksid (CO₂). Selv om denne gassen ikke er et regulert miljøgifter, mistenkes den for å ha bidratt til global oppvarming.

Hvis rent hydrogen brukes i en brenselcelle, er det eneste biproduktet vann (i form av damp). Ingen CO₂ eller annen gass slippes ut. Men fordi biler med celledrevne biler som bruker drivstoffprosessorer, slipper ut små mengder regulerte miljøgifter, for eksempel karbonmonoksid, vil de ikke kvalifisere seg som nullutslippskjøretøy (ZEVs) under Californias utslippslovgivning. Akkurat nå er de viktigste teknologiene som kvalifiserer som ZEVer den batteridrevne elbilen og den hydrogendrevne drivstoffcellebilen.

I stedet for å prøve å forbedre drivstoffprosessorene til et punkt der de ikke vil slippe ut noen regulerte miljøgifter, jobber noen selskaper med nye måter å lagre eller produsere hydrogen på kjøretøyet. Ovonic utvikler en metallhydridlagringsenhet som absorberer hydrogen noe som en svamp absorberer vann. Dette eliminerer behovet for lagringstanker med høyt trykk, og kan øke mengden hydrogen som kan lagres på et kjøretøy.

Powerball Technologies ønsker å bruke små plastkuler fulle av natriumhydrid, som produserer hydrogen når de åpnes og slippes i vann. Biproduktet av denne reaksjonen, flytende natriumhydroksyd, er et vanlig brukt industrikjemikalie.

Effektivitet

En annen ulempe med drivstoffprosessoren er at den reduserer den totale effektiviteten til brenselcellebilen. Drivstoffprosessoren bruker varme og trykk for å hjelpe reaksjonene som deler ut hydrogenet. Avhengig av hvilke typer drivstoff som brukes, og effektiviteten til brenselcellen og drivstoffprosessoren, kan effektivitetsforbedringen i forhold til konvensjonelle bensindrevne biler være ganske liten. Se denne sammenligningen av effektiviteten til en bil med drivstoffcelle, en bensindrevet bil og en elbil.

For mye mer informasjon, sjekk ut lenkene på neste side.

Relaterte artikler

• Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
• H-ow drivstoffceller fungerer
• Hvordan hybridbiler fungerer
• Hvordan elbiler fungerer
• Hvordan Hydrogenøkonomien fungerer
• Hvordan bensin fungerer
• Slik fungerer katalysatorer
• Hvordan krefter, makt, dreiemoment og energi fungerer

Flere gode lenker

• Kompakte drivstoffprosessorer for drivstoffceller til biler
• FuelCellMaterials.com
• Metanolreformering
• Drivstoffbehandling
• Multi-Fuel prosessorer
• Ny mikroprosessor
• Ford og Mobil gjør fremgang med nye bensinreformatorer for drivstoffcellebiler
• Beskrivelser av drivstoffceller