Come funzionano i processori di carburante

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Galleria immagini AFV Una cella a combustibile da 250 kW con un reformer a gas naturale integrato. Guarda le foto dei veicoli a carburante alternativo. Foto per gentile concessione di Ballard Power Systems

-Se leggi l'articolo sulle celle a combustibile, sai che producono elettricità da idrogeno e ossigeno ed emettono solo vapore. Il problema principale con le celle a combustibile alimentate a idrogeno riguarda lo stoccaggio e la distribuzione dell'idrogeno. Vedi come funziona l'economia dell'idrogeno per i dettagli. -

-L'idrogeno gassoso non è un combustibile ad alta densità energetica, il che significa che contiene poca energia per unità di volume rispetto a un combustibile liquido come la benzina o il metanolo. Quindi, è difficile inserire abbastanza gas idrogeno in un'auto alimentata a celle a combustibile per dargli una ragionevole autonomia. L'idrogeno liquido ha una buona densità energetica, ma deve essere immagazzinato a temperature estremamente basse e pressioni elevate; questo rende lo stoccaggio e il trasporto piuttosto difficile.

-I combustibili comuni come il gas naturale, il propano e la benzina e quelli meno comuni come il metanolo e l'etanolo hanno tutti idrogeno nella loro struttura molecolare. Se esistesse una tecnologia in grado di rimuovere l'idrogeno da questi combustibili e utilizzarlo per alimentare la cella a combustibile, il problema dello stoccaggio e della distribuzione dell'idrogeno sarebbe quasi del tutto eliminato.

Quella tecnologia è in fase di sviluppo. Si chiama a processore carburante, o a riformatore. In questa edizione di, impareremo come il riformatore a vapore lavori.

Contenuti
  1. Lo scopo dei trasformatori di carburante
  2. Il Steam Reformer
  3. Come lavorano insieme il processore del carburante e la cella a combustibile
  4. Lo svantaggio dei processori di carburante

Il compito del processore di carburante è fornire idrogeno relativamente puro a una cella a combustibile, utilizzando un carburante che è facilmente disponibile o facilmente trasportabile. I trasformatori di carburante devono essere in grado di farlo in modo efficiente con un minimo di inquinamento, altrimenti annullano i vantaggi dell'utilizzo di una cella a combustibile in primo luogo.

Per le auto, il problema principale è accumulo di energia. Per evitare di avere serbatoi grandi e pesanti a pressione, è preferibile un combustibile liquido a un gas. Le aziende stanno lavorando su processori di carburante per combustibili liquidi come benzina e metanolo. Metanolo è il carburante più promettente a breve termine; può essere immagazzinato e distribuito più o meno allo stesso modo della benzina.

Per le case e la produzione di energia fissa, sono preferiti combustibili come gas naturale o propano. Molte centrali elettriche e case sono già collegate alle forniture di gas naturale tramite gasdotti. E alcune case che non sono collegate alle linee del gas hanno serbatoi di propano. Quindi ha senso convertire questi combustibili in idrogeno per l'uso in celle a combustibile fisse.

Sia il metanolo che il gas naturale possono essere convertiti in idrogeno in a riformatore a vapore.

Ci sono un paio di tipi di riformatori a vapore, uno riformare il metanolo e l'altra riforma gas naturale.

Riformare il metanolo

La formula molecolare del metanolo è CH3OH. L'obiettivo del reformer è rimuovere la maggior parte dell'idrogeno (H) possibile da questa molecola, riducendo al minimo l'emissione di inquinanti come il monossido di carbonio (CO). Il processo inizia con la vaporizzazione di metanolo liquido e acqua. Il calore prodotto nel processo di reforming viene utilizzato per ottenere questo risultato. Questa miscela di metanolo e vapore acqueo viene fatta passare attraverso una camera riscaldata che contiene un catalizzatore.

Quando le molecole di metanolo colpiscono il catalizzatore, si scindono in monossido di carbonio (CO) e idrogeno gassoso (H2):

Il vapore acqueo si divide in gas idrogeno e ossigeno; questo ossigeno si combina con la CO per formare CO2. In questo modo, viene rilasciata pochissima CO, poiché la maggior parte viene convertita in CO2.

Riformare il gas naturale

Il gas naturale, composto principalmente da metano (CH4), viene elaborato utilizzando una reazione simile. Il metano nel gas naturale reagisce con il vapore acqueo per formare monossido di carbonio e gas idrogeno.

Proprio come fa quando si riforma il metanolo, il vapore acqueo si divide in idrogeno gassoso e ossigeno, l'ossigeno si combina con la CO per formare CO2.

Nessuna di queste reazioni è perfetta; un po 'di metanolo o gas naturale e monossido di carbonio riescono a passare senza reagire. Questi vengono bruciati in presenza di un catalizzatore, con un po 'd'aria per fornire ossigeno. Questo converte la maggior parte della CO rimanente in CO2, e il metanolo rimanente a CO2 e acqua. Vari altri dispositivi possono essere utilizzati per ripulire qualsiasi altro inquinante, come lo zolfo, che potrebbe essere nel flusso di scarico.

È importante eliminare il monossido di carbonio dal flusso di scarico per due ragioni: in primo luogo, se il CO passa attraverso la cella a combustibile, le prestazioni e la durata della cella a combustibile vengono ridotte; in secondo luogo, è un inquinante regolamentato, quindi le automobili possono produrne solo piccole quantità.

- Per creare energia, diversi sistemi devono lavorare insieme per fornire la potenza elettrica richiesta. Un sistema tipico sarebbe costituito da un file carico elettrico (come una casa o un motore elettrico), a cella a combustibile e a processore carburante.

Prendiamo il caso di un'auto alimentata a celle a combustibile. Quando si preme il pedale dell'acceleratore (idrogeno), diverse cose accadono contemporaneamente:

  • Il controller del motore elettrico inizia a fornire più corrente al motore elettrico e il motore elettrico genera più coppia.
  • Nella cella a combustibile, viene reagito più idrogeno, producendo più elettroni, che si fanno strada attraverso il motore elettrico e il controller, al passo con la maggiore richiesta di potenza.
  • Il processore del carburante inizia a pompare più metanolo attraverso il suo sistema, che crea più idrogeno. Un'altra pompa aumenta il flusso di idrogeno che va alla cella a combustibile.

Una sequenza simile di eventi si verifica in casa tua quando aumenti improvvisamente la richiesta di elettricità. Ad esempio, quando si accende l'aria condizionata, la potenza della cella a combustibile deve aumentare rapidamente, altrimenti le luci si attenueranno fino a quando la cella a combustibile non sarà in grado di soddisfare la domanda.

I processori di carburante hanno anche degli svantaggi, tra cui inquinamento e carburante complessivo efficienza.

Inquinamento

Sebbene i processori di combustibile possano fornire gas idrogeno a una cella a combustibile producendo molto meno inquinamento di un motore a combustione interna, producono comunque una quantità significativa di anidride carbonica (CO2). Sebbene questo gas non sia un inquinante regolamentato, si sospetta che contribuisca al riscaldamento globale.

Se l'idrogeno puro viene utilizzato in una cella a combustibile, l'unico sottoprodotto è l'acqua (sotto forma di vapore). No CO2 o viene emesso qualsiasi altro gas. Ma poiché le auto alimentate a celle a combustibile che utilizzano processori di carburante emettono piccole quantità di inquinanti regolamentati, come il monossido di carbonio, non si qualificheranno come veicoli a zero emissioni (ZEV) ai sensi delle leggi sulle emissioni della California. In questo momento, le principali tecnologie che si qualificano come ZEV sono l'auto elettrica a batteria e l'auto a celle a combustibile alimentata a idrogeno.

Invece di cercare di migliorare i processori di carburante fino al punto in cui non emetteranno sostanze inquinanti regolamentate, alcune aziende stanno lavorando a nuovi modi per immagazzinare o produrre idrogeno sul veicolo. Ovonic sta sviluppando un dispositivo di accumulo di idruro di metallo che assorbe l'idrogeno un po 'come una spugna assorbe l'acqua. Ciò elimina la necessità di serbatoi di stoccaggio ad alta pressione e può aumentare la quantità di idrogeno che può essere immagazzinata su un veicolo.

Powerball Technologies vuole utilizzare palline di plastica piene di idruro di sodio, che producono idrogeno quando vengono aperte e lasciate cadere nell'acqua. Il sottoprodotto di questa reazione, idrossido di sodio liquido, è un prodotto chimico industriale comunemente usato.

Efficienza

Un altro svantaggio del processore del carburante è che diminuisce l'efficienza complessiva dell'auto a celle a combustibile. Il processore del carburante utilizza il calore e la pressione per aiutare le reazioni che scindono l'idrogeno. A seconda dei tipi di carburante utilizzato e dell'efficienza della cella a combustibile e del processore di carburante, il miglioramento dell'efficienza rispetto alle auto convenzionali a benzina può essere piuttosto ridotto. Guarda questo confronto delle efficienze di un'auto alimentata a celle a combustibile, un'auto a benzina e un'auto elettrica.

Per molte più informazioni, controlla i link nella pagina successiva.

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