Топливные элементы известны людям с 1838 года и, начиная с того времени люди их всегда рассматривали в качестве источника энергии будущего. Первое практическое применение топливных элементов было осуществлено в 1960-х годах, когда они были использованы в качестве источников энергии некоторых космических аппаратов. В 1990-х годах начались первые попытки использования топливных элементов в автомобильной промышленности, а в 2009 году в Японии были выпущены первые бытовые системы Ene-Farm, предназначенные для снабжения жилищ теплом и электричеством.
Но, топливные элементы до сих пор так и не получили широкого распространения. Наличие драгоценных, таких как платина, и редкоземельных металлов в составе их катализатора делает топливные элементы весьма дорогими. Катализаторы топливных элементов легко выводятся из строя примесями, что послужило причиной их низкой надежности и малого ресурса работы. Подход, выбранный немецкими учеными, позволяет обойти все вышеуказанные проблемы и создать топливный элемент, работающий на неочищенном природном газе, который можно установить в любом жилище, как обычную газовую колонку.
Система, разработанная в институте Фраунгофера, основана на твердо-окисном топливном элементе (solid oxide fuel cell, SOFC), использующем керамический электролит для производства электричества в момент реакции кислорода с водородом. Элементы SOFC работают при более высокой температуре, нежели водородные элементы, используемые в электрических автомобилях, их температура может достигать до 850 градусов по шкале Цельсия. При такой температуре наличие в газе примесей не играет никакой роли, они, эти примеси, разлагаются на более легкие вещества и сгорают, как и сам природный газ. Кроме этого, такая температура позволяет достаточно просто получить тепловую энергию, необходимую для производства горячей воды и обогрева жилища.
С одной стороны, наличие высокой температуры требует использования теплоизоляции и других специальных мер. Но с другой стороны, общая конструкция энергетической системы получается проще, чем конструкция системы, построенной на базе низкотемпературных топливных элементов. Кроме этого, в состав катализатора SOFC-элементов не входит платины или других благородных металлов, что позволяет еще больше снизить стоимость системы в целом.
Каждый из SOFC-элементов имеет размер, подобный размеру тонкой коробки от компакт-диска. Один элемент может выработать не очень большое количество энергии, поэтому для достижения необходимого уровня мощности системы эти топливные элементы объединяются в стеки. Каждый из топливных элементов может выступать в одной из трех ролей, в качестве расщепителя, который расщепляет поступающий природный газ в богатую водородом смесь, в качестве сжигателя, на котором происходит реакция кислорода и водорода, и в качестве дожигателя, позволяющего дожечь остатки не до конца сгоревшего топлива, выпускаемые наружу в виде выхлопных газов.
Собранная система имеет размеры, сопоставимые с размером бытовой газовой колонки. Она может быт установлена на том же месте, где в доме до этого и стояла старая газовая колонка, которая служила лишь для получения тепла. В отличие от этого, топливные элементы вырабатывают постоянно порядка одного киловатта электрической энергии, чего вполне достаточно для обеспечения потребностей семьи из четырех человек. В настоящее время изготовлена первая партия из 150 систем, которые уже установлены в соответствующем количестве домов в Европе. Испытания этих систем проводятся в рамках европейской программы Callux, целью которой является определение влияния подобных технологий на окружающую среду.
В настоящее время специалисты института Фраунгофера и компании Valiant работают в направлении снижения стоимости топливных элементов и одновременного увеличения их срока службы.
Источник: Источник
Комментарии
Для того чтобы оставить комментарий, вам необходимо войти на сайт