Sektory transportu i produkcji energii elektrycznej łączą siły, aby przyspieszyć rozwój technologii ogniw paliwowych
Budowanie synergii pomiędzy dwiema gałęziami gospodarki, które nie konkurują ze sobą w bezpośredni sposób, przynosi szereg korzyści wynikających ze zwiększania skali produkcji, co przekłada się na zmniejszenie kosztów i prowadzi do podniesienia konkurencyjności ogniw paliwowych wobec dominujących technologii. Finansowany przez Unię Europejską projekt AutoRE „przetarł szlaki do opracowania systemów ogniw paliwowych nowej generacji wykorzystywanych na potrzeby kogeneracji w budynkach komercyjnych i przemysłowych”, twierdzi Greg Kelsall, koordynator projektu.
Pierwszy prototyp ogniwa paliwowego średniej mocy stał się rzeczywistością
Zespół skupiony wokół projektu AutoRE zbudował i przetestował prototypowy system kogeneracji oparty na ogniwie paliwowym o mocy 50 kWe. Opracowany system obejmuje moduł ogniwa paliwowego, w którym znajduje się ogniwo paliwowe z membraną do wymiany protonów zaadaptowane z branży motoryzacyjnej, zbiornik wytwarzania wodoru zawierający reaktory reformujące gaz ziemny oraz wymienniki ciepła, a także jednostkę adsorpcji zmiennociśnieniowej i zbiorniki buforowe gazu resztkowego i wodoru. W wyniku testów rozwiązania okazało się, że prototyp nie był w stanie działać jako w pełni zintegrowany system. W związku z tym badacze skupieni wokół projektu skoncentrowali się na wykorzystaniu szeregu elementów systemu oferujących możliwości zmniejszenia kosztów, a także zwiększenia trwałości oraz sprawności istniejących rozwiązań. Elementy te obejmują reaktor do reformowania gazu ziemnego, zaadaptowane ogniwo paliwowe oraz oparty na membranie separator wodoru. Przeprowadzone testy rozwiązania pozwoliły partnerom projektu na wyciągnięcie pewnych ważnych wniosków i konkluzji, między innymi faktu, że w przyszłych rozwiązaniach dobrym rozwiązaniem będzie obniżenie ciśnienia operacyjnego reaktora reformującego, co pozwoli na zastosowanie standardowych materiałów i jednoczesne uniknięcie problemów związanych z korozją, a następnie sprężanie produktu reformowania na kolejnym etapie procesu zachodzącym za reaktorem głównym. Jeśli powstanie możliwość wdrożenia metody oczyszczania produktu reformowania pozwalająca na zmniejszenie wahań ciśnienia oraz eliminująca potrzebę przechowywania wodoru i gazu syntezowego, ryzyko wybuchu przyszłych systemów może zostać znacząco zredukowane. Tego rodzaju rozwiązania pozwolą na uproszczenie procedur uzyskiwania koniecznych zezwoleń oraz wymagań związanych z zapewnieniem zgodności z przepisami. Ryzyko wybuchu zmniejsza zarówno usunięcie samych zbiorników, jak i znacząca redukcja ilości gazu znajdującego się w systemie w dowolnym momencie. Dzięki wykluczeniu obciążeń związanych z adsorpcją zmiennociśnieniową oraz dodaniu zaworów bezpieczeństwa na każdym rurociągu wlotowym i wylotowym zmniejszeniu uległyby także obciążenia własne systemu. Zastosowanie zaworów bezpieczeństwa jest konieczne w celu przeciwdziałania opróżnianiu zbiorników podczas wycieku. Partnerzy projektu zalecają także ograniczenie ilości gazu magazynowanego w przyszłych systemach do minimum oraz zastosowanie szczelnych i wytrzymałych złączek wszędzie tam, gdzie jest to możliwe.
Modelowanie wskazuje kierunki rozwoju
Członkowie zespołu przeprowadzili szeroko zakrojone prace związane z modelowaniem prototypu w celu udoskonalenia systemu w przyszłości. Przeprowadzone prace objęły zarówno konfigurację bazową, jak i możliwości usprawnień, które mogą zostać wprowadzone w przyszłości, takie jak zastąpienie układu adsorpcji zmiennociśnieniowej systemem opartym na membranie selektywnej. Na podstawie opracowanych modeli partnerzy projektu ustalili, że docelowa sprawność energetyczna może wynieść nawet 47 %. Dzięki zmniejszeniu obciążenia ogniw paliwowych wykorzystywanych w systemie możliwe jest osiągnięcie docelowych wartości obciążenia elektrycznego i termicznego wynoszących odpowiednio 90 % i 43 %. „Dzięki pierwszemu w Europie przypadkowi połączenia sił podmiotów zajmujących się opracowywaniem technologii ogniw paliwowych na potrzeby branży motoryzacyjnej i do zastosowań stacjonarnych będziemy w stanie w jeszcze większym stopniu przyspieszyć rozwój rozwiązań w tym zakresie”, podsumowuje Kelsall. „Dla branży ogniw paliwowych do zastosowań motoryzacyjnych takie rozwiązanie przynosi same korzyści”.
Słowa kluczowe
AutoRE, ogniwo paliwowe, motoryzacja, system ogniw paliwowych, kogeneracja, stacjonarny system ogniw paliwowych
