211service.com
Ett praktiskt bränslecellskraftverk
Ett av de mest effektiva sätten att producera kraft vid framtida kolförgasningskraftverk är med fastoxidbränsleceller, som använder vätet från gasströmmen för att generera elektricitet genom kemiska reaktioner. Detta är mer effektivt än att bara förbränna gasströmmen från kolförgasning. Och till skillnad från andra typer av bränsleceller kan den fasta oxidvarianten fungera vid mycket höga temperaturer och effektivitet, och skalas upp för att förse städer med kraft.
GE:s nya bränslecellsprototyp i fast oxid ger ett kostnadsgenombrott tack vare en billig tillverkningsprocess som sätter samman keramik- och elektrolytskikt. Enheten på sex kilowatt, som omvandlar kolvätebränsle till elektricitet med en verkningsgrad på 49 procent, utvärderas för närvarande av U.S. Department of Energy för möjlig användning för kraftgenerering i framtida kolförgasningsanläggningar. (Kredit: GE)
Men bland de olika utmaningarna för att utveckla tekniken har tillverkningskostnaden varit en potentiell deal breaker. Nu har forskare vid GE demonstrerat en tillverkningsmetod som sätter ihop lager av keramik och elektrolytmaterial billigt så att den slutliga produkten kan byggas för cirka 800 USD per kilowatt, vilket börjar närma sig byggnadskostnaden mellan 500 och 550 USD per kilowatt. ett konventionellt gaseldat kraftverk.
GE:s sex kilowatts prototyp uppnår 49 procents effektivitet när det gäller att omvandla bränsle till elektricitet, vilket kan jämföras med 35 procents effektivitet hos konventionella koleldade kraftverk. Jag tror att GE har etablerat en ny toppmodern, säger Wayne Surdoval, teknikchef för bränsleceller på Nationella energitekniklaboratoriet , en del av det amerikanska energidepartementet, som finansierar detta projekt och andra syftar till att producera bättre fastoxidbränsleceller. Summan av kardemumman, tillägger han, är att GE-prototypen är en särskilt billig bränslecell att tillverka. I grund och botten använder du enkla tillverkningstekniker med ganska billiga material i cellen.
Surdoval liknar processen med att göra pizzadeg. Tre uppsättningar material – som representerar de två elektroderna och en elektrolyt som utgör varje lager i en bränslecell – blandas och sätts genom två rullar som klämmer dem. Man har tre olika degar, man plattar ut var och en, sedan lägger man i lager, sedan plattar man ut dem, förklarar han. Sedan bakar du den i princip.
Processen banar väg för masstillverkning, enligt Kelley Fletcher, den avancerade teknikledaren för program för hållbar energi på GE Global Research , i Niskayuna, NY. Folk har gjort bränsleceller som gör mer kraft, och folk har också gjort sådana som har gjort den här effektivitetsnivån, säger han. Men att göra det i ett paket, och till den kostnadsberäkning som vi har gjort, är den verkliga bedriften här. Tidigare prototyper har kostat tusentals dollar per kilowatt att tillverka, säger han.
Naturligtvis finns det andra vägspärrar. Svavel i kolvätebränslet kan förorena bränslecellen och bryta ned den. GE och andra arbetar med olika förbehandlingsprocesser för att hålla föroreningen borta från bränslecellen. Till exempel har forskare vid Tufts University utvecklat ett sätt att använda cerium- och lantanoxider för att avlägsna svavel.
Maria Flytzani-Stephanopoulos , en kemiingenjör på Tufts som ledde utvecklingen av skrubbern, varnar för att även om GE-arbetet är imponerande, ligger stora utmaningar framför sig. Jag tycker att de redovisade siffrorna representerar en betydande utveckling, säger hon. Självklart ska uppskalningssystem visa sig vara lika effektiva i framtida arbete.
Arbetet är en del av ett energidepartement initiativ för rent kol lanserades 2003 som syftar till att inom tio år bygga ett högeffektivt kraftverk med flera megawatt, fastoxidbränslecell, parat med kolförgasningsteknik. USA tros ha cirka 250 års kol i marken. Men förbränning av kol är en viktig faktor för att öka den globala uppvärmningen; faktiskt, kol frigör mer koldioxid för varje producerad energienhet än något annat fossilt bränsle gör.
I kolförgasningsanläggningar värms kolet upp och omvandlas till en syngas, en blandning av främst kolmonoxid och väte. Detta kan sedan förbrännas i en typ av kraftverk som kallas Integrated Gasification Combined Cycle. GE-tekniken skulle tillåta att väte dras ut ur syngasen och skickas genom en bränslecell av fast oxid.