211service.com
Et praktisk brændselscellekraftværk
En af de mest effektive måder at producere strøm på fremtidige kulforgasningskraftværker er med fastoxid-brændselsceller, som bruger brinten fra gasstrømmen til at generere elektricitet gennem kemiske reaktioner. Dette er mere effektivt end blot at forbrænde gasstrømmen fra kulforgasning. Og i modsætning til andre typer brændselsceller kan sorten med fast oxid fungere ved meget høje temperaturer og effektivitet og skaleres op for at forsyne byer med strøm.
GE's nye fastoxid-brændselscelleprototype opnår et omkostningsgennembrud takket være en lavpris fremstillingsproces, der samler keramik- og elektrolytlag. Enheden på seks kilowatt, som omdanner kulbrintebrændstof til elektricitet med en effektivitet på 49 procent, er i øjeblikket ved at blive evalueret af det amerikanske energiministerium for mulig brug til elproduktion i fremtidige kulforgasningsanlæg. (Kredit: GE)
Men blandt de forskellige udfordringer ved at udvikle teknologien, har fremstillingsomkostningerne været en potentiel deal breaker. Nu har forskere ved GE demonstreret en fremstillingsmetode, der samler lag af keramiske og elektrolytmaterialer billigt, så det endelige produkt kan bygges for omkring $800 pr. kilowatt, hvilket begynder at nærme sig 500-$550-$-per-kilowatt-omkostningerne et konventionelt gasfyret kraftværk.
GE's seks kilowatt-prototype opnår 49 procent effektivitet i at konvertere brændstof til elektricitet, hvilket kan sammenlignes positivt med 35 procent effektivitet for konventionelle kulfyrede kraftværker. Jeg tror på, at GE har etableret en ny state of the art, siger Wayne Surdoval, teknologichef for brændselsceller hos Nationalt Energiteknisk Laboratorium , en del af det amerikanske energiministerium, som finansierer dette projekt og andre rettet mod at producere bedre fastoxidbrændselsceller. Bundlinjen, tilføjer han, er, at GE-prototypen er en særlig billig brændselscelle at lave. Dybest set bruger du simple fremstillingsteknikker ved hjælp af ret billige materialer i cellen.
Surdoval sammenligner processen med at lave pizzadej. Tre sæt materialer - der repræsenterer de to elektroder og en elektrolyt, der udgør hvert lag af en brændselscelle - blandes og føres gennem to ruller, der klemmer dem. Man har tre forskellige deje, man flader hver af dem, så lægger man dem i lag og så fladder dem ud, forklarer han. Så bager du det dybest set.
Processen baner vejen for massefremstilling, ifølge Kelley Fletcher, den avancerede teknologiske leder for programmer for bæredygtig energi på GE Global Research , i Niskayuna, NY. Folk har lavet brændselsceller, der laver mere strøm, og folk har også lavet dem, der har lavet det her effektivitetsniveau, siger han. Men at gøre det i én pakke og til det omkostningsoverslag, vi har gjort, er den virkelige præstation her. Tidligere prototyper har kostet tusindvis af dollars per kilowatt at fremstille, siger han.
Selvfølgelig er der andre vejspærringer. Svovl i kulbrintebrændstoffet kan forurene brændselscellen og nedbryde den. GE og andre arbejder på forskellige forbehandlingsprocesser for at holde forureningen ude af brændselscellen. For eksempel har forskere ved Tufts University udviklet en måde at bruge cerium- og lanthanoxider til at fjerne svovl.
Maria Flytzani-Stephanopoulos , en kemiingeniør hos Tufts, der ledede udviklingen af scrubberen, advarer om, at selvom GE-arbejdet er imponerende, ligger der store udfordringer forude. Jeg synes, at de indberettede tal repræsenterer en markant udvikling, siger hun. Selvfølgelig skal scale-up systemer vise sig at være lige så effektive i det fremtidige arbejde.
Arbejdet er en del af et energiministerium rent kul-initiativ lanceret i 2003, der sigter mod at bygge inden for ti år et højeffektivt, multi-megawatt, fast-oxid brændselscellekraftværk parret med kulforgasningsteknologi. USA menes at have omkring 250 års kul i jorden. Men afbrænding af kul tegner sig som en væsentlig faktor i stigende global opvarmning; faktisk frigiver kul mere kuldioxid for hver produceret energienhed, end noget andet fossilt brændstof gør.
I kulforgasningsanlæg opvarmes kullet og omdannes til en syngas, en blanding af primært kulilte og brint. Dette kan derefter forbrændes i en type kraftværk kaldet Integrated Gasification Combined Cycle. GE-teknologien ville tillade brint at blive trukket ud af syngassen og sendt gennem en fast-oxid brændselscelle.