Паливні елементи

ПЛАН:

Історія……………………………………………………………………………..2
Типи паливних елементів………………………………………………………2

а) Фосфорнокислий паливний елемент……...…………………………………2

б) протонний обмінний мембранний паливний елемент……..……………...2

в) Литий карбонатний паливний елемент………...…………………………...3

г) Твердоокисний паливний елемент……………...…………………………...3

д) Лужний паливний елемент…………………………………………………....3

е) Метиловий паливний елемент…………………...…………………………...3

є) Регенеративний паливний елемент……………………………………..…...3

ж) Цинк-повітряний паливний елемент……………………………………….3

з) Протонний керамічний паливний елемент…………………………………4

і) Мікробний паливний елемент…………………………………………….......4

Альтернативні продукти………………………………………………………4

Північноамериканська медуза………………………………………………..5

Електричний кактус……………………………………………………………5
Вуглеводний елемент…………………..……………………………………….5
Спиртові елементи………….…………………………………………………..9

Синтез екологічного етилового спирту……………..………………….......10

Ферментний елемент………………………………………………………….11

Інноваційні Розробки Уральських вчених………………………………….12
Біопаливні автобуси – фішка євро – 2012…………………………………..14

Висновок……………………………………………………………………..……...14

Майбутнє електроенергетики – біопаливні елементи!

Всі шукають нові альтернативні джерела енергії. Фахівці вважають перспективними екологічно безпечними, невичерпними і дешевими мікробні паливні елементи. Принцип їх роботи заснований на здатності бактерій до перетравлювання органіки. У результаті розкладання цукрів до спиртів і кислот звільняються електрони які можна використовувати.

1) Трохи історії. Ідея отримання електрики від бактерій народилася ще в 19 столітті, а в 1931 році Барні Кохан створив перші мікробіологічні осередки, які давали струм у 2 мА.
Але перші ефективні біопаливні елементи з'явилися тільки на початку цього тисячоліття. Стюарта Вілкінсона з Університету Південної Флориди, мабуть, можна назвати натхненником цієї течії, адже він створив першого робота, успішно працюючого на цукрі.
Пізніше, в 2002 році, грунтуючись на досягненнях Вілкінсона, Кріс Мелхуіш, Тоні Пайп та Іоаніс Іеропулос з лабораторії автономних інтелектуальних систем університету Західної Англії в Брістолі розробили батарею EcoBot-I, що працює спочатку на чистому цукрі (оскільки він розчинявся без залишку) і виробляє всього кілька нановат і 15 мА. До 2004 року вчені перевели пристрій EcoBot-II на гнилі фрукти і мертвих мух. Такі паливні елементи по ефективності і ціні сильно поступалися лужним батареям, зате могли працювати необмежено довго, поки були мухи та фрукти. У 2007 році з'явився EcoBot-III, який вже генерував кілька міліват. Сьогодні вчені продовжують удосконалювати свій винахід.
Неефективними мікробіологічні джерела енергії в першу чергу робила реакція металевих електродів з продуктами ферментації. Проривом у цьому питанні можна назвати 2003 рік. Уве Шредер і його колеги з Університету ім. Ернста Моріца Арндта в місті Грейфсвальд підвищили кількість електрики, що виробляється у десять разів - їх бактерія, яка харчувалася цукром, виробляла струм в 150 мА. Домогтися цього німецьким ученим допомогло покриття платинового анода електропровідним полімером (поліаніліном). Така плівка ізолювала метал від продуктів бродіння. Кожні 20 хвилин електричні імпульси очищали оболонку, завдяки чому джерело енергії працював кілька годин.
У 2006 році Віллі Верстрет і його колеги з бельгійського університету Гента домоглися струму в 255 мА від переробки стічних вод. Взагалі переробка відходів стала важливим додатковим стимулом для науковців у цій сфері.
Типи паливних елементів
а) Фосфорнокислотний паливний елемент (PAFC) - Фосфорнокислотні паливні елементи є комерційно доступним сьогодні. Сотні систем паливних елементів були встановлені в лікарнях, приватних санаторіях, готелях, офісах, школах, сервісних електростанціях, на сміттєвих полігонах і станціях по обробці стічних вод. PAFCs виробляють електрику з ККД більше ніж 40% і майже з 85% ККД теплової енергії, яка використовується для когенерації, для порівняння середній ККД отримання енергії в США 35%. Фосфорнокислотні паливні елементи використовують рідку фосфорну кислоту як електроліт і працюють приблизно при 450 ° F. Одне з головних переваг цього типу паливного елемента, крім майже 85% ККД когенерації, це можливість використовувати водньовмісткі речовини як паливо. PAFCs може допустити концентрацію чадного газу приблизно 1.5 %, яка розширює вибір палив, які можуть використовуватися. При використанні бензину сірка повинна бути вилучена.

б) Протонний обмінний мембранний паливний елемент (PEM) - Ці паливні елементи працюють у відносно низьких температурах (від 175 ° F), мають високу щільність енергії, можуть змінити його продукцію швидко, щоб зустріти зміни у вимозі енергії, і задовольняють вимоги для застосуваннях їх, наприклад , в автомобілях, де потрібно швидкий запуск. Згідно даних Міністерства енергетики США, "це перший кандидат для установки на легкові автомобілі, на будівлі, і для інших численних застосувань, наприклад, для заміни акумуляторної батареї." Цей тип паливного елемента чутливий до домішок. Потужність паливного елемента перебуває в діапазоні від 50 ватів до 75 кВт.

в) Литий карбонатний паливний елемент (MCFC) - Литі паливні елементи карбонату використовує електроліт, що складається з литої суміші солі карбонату, призупиненої в пористому, хімічно інертної матриці, і працює у високих температурах - приблизно 1200 º F. Вони вимагають, щоб вуглекислий газ і кисень був поставлений з катоду. До теперішнього часу, MCFCs управляли на водні, чадному газі, природному газі, пропані, біогазі, солярці і моделював вугільні продукти газифікації. 10 кВт до MCFCs на 2 МВТ були перевірені на різноманітності палив і перш за все призначаються до застосування в електроенергетиці.

г) Твердоокисний паливний елемент (SOFC) - Твердий окисний паливний елемент використовує твердий, непористий керамічний склад як електроліт, і працює в дуже високих температурах - близько 1800 ° F. Один тип SOFC використовує безліч метрових труб, і інші зміни включають стислий диск, який нагадує вершину супу, може. Трубчасті проекти SOFC ближче до комерціалізації і виробляються декількома компаніями в усьому світі. SOFCs є придатними для постійних застосувань, так само як для допоміжних одиниць енергії (APUs), в транспортних засобах, в джерелах живлення електронних пристроїв.

д) Лужний паливний елемент (AFC) - Довго використовуваний НАСА на космічних станціях, лужні паливні елементи можуть досягати ККД до 70 %. Вони використовувалися на космічному кораблі Аполлона, щоб забезпечити і електрику, і питну воду. Лужні паливні елементи використовують гідроокис калію, як електроліт і працюють при 160 ° F. Однак, вони дуже сприйнятливі до забруднення вуглецем, так що вимагають чистого водню і кисню.

е) Метиловий паливний елемент (DMFC) - Ці елементи, подібні елементам PEM, при цьому використовуючи полімерну мембрану як електроліт. Однак, в DMFC, каталізатор самого анода забирає водень з рідкого метанолу, усуваючи потребу в паливному конверторі. ККД цього паливного елемента приблизно 40%, який працює при температурах 120-190 ° F. Відносно низький температурний діапазон роботи, робить цей паливний елемент, привабливий для широкого застосування в невеликих пристроях: джерелах живлення стільникових телефонів і портативних комп'ютерів. Більш високе ККД досягається при більш високих температурах. Компанії також розробляють досвідчені зразки DMFC, які використовуються збройними силами для запуску електрообладнання.

є) Регенеративний паливний елемент - Регенеративні паливні елементи привабливі як форма зі зворотним зв'язком генерації енергії. Вода поділяється на водень і кисень електролізером на сонячній енергії. Водень і кисень живлять паливний елемент, що виробляє електрику, високу температуру і воду. Вода повторно повертається назад до електролізера на сонячній енергії, і процес починається знову. Цей тип паливних елементів в даний час досліджуються НАСА та іншими дослідницькими організаціями в усьому світі.

ж) Цинк-повітряний паливний елемент (ZAFC) - У типовому цинк-повітряному паливному елементі, є газовий електрод (GDE), цинковий анод, розділений електролітом, та механічний сепаратор. GDE - водопроникна мембрана, яка дозволяє проходити атмосферному кисню. Після того, як кисень перетворюється на гідроксильні іони і воду, гідроксильні іони йдуть через електроліт, і досягають цинкового анода. Тут, вони реагують з цинком, і утворюють окис цинку. Цей процес створює електричний потенціал; коли ряд осередків ZAFC пов'язаний, об'єднаний електричний потенціал цих осередків може використовуватися як джерело електроенергії. Цей електрохімічний процес аналогічний паливному елементу PEM, але заправка абсолютно відмінна і що визначається особливістю цього типу паливного елементв. ZAFCs містять цинковий "паливний бак" і цинковий рефрижератор, який автоматично і швидко відновлює паливо. У цій системі зі зворотним зв'язком, створено електрику, оскільки цинк і кисень змішані в присутності електроліту (як PEMFC), створюючи цинкову окис. Як тільки паливо витрачено, система зв'язується з сеаратором і процес повністю змінюється, залишаючи ще раз чисті цинкові паливні кульки. Головне, що цей процес регенерації займає не більше 5 хвилин, щоб завершитися, таким чином перезаряджається батарея, не проблема. Головна технологія цинкового повітря переваги має за іншою технологією батареї - її висока питома енергія, яка є важливим чинником, який визначає біжучий тривалість батареї щодо її ваги.

з) Протонний керамічний паливний елемент (PCFC) - Цей новий тип паливного елемента заснований на керамічному матеріалі електроліту, який показує високу протонну провідність при високих температурах. PCFCs поділяють теплові та кінетичні переваги високої температурної операції в 700 градусах Цельсія з литим карбонатом і твердими окисними паливними елементами, показуючи усі властиві вигоди протонної провідності у PEM і фосфоричних кислотних паливних елементах. Висока робоча температура необхідна для досягнення дуже високої електричної паливної ефективності вуглеводневим паливом. PCFCs може працювати у високих температурах і електрохімічно окисляти викопне паливо безпосередньо на аноді. Це усуває проміжну стадію створення водню через дорогий процес перетворення. Газоподібні молекули палива вуглеводню поглинаються поверхнею анода в присутності водяної пари, і водневі атоми ефективно відокремлюються, щоб бути поглиненими в електроліті вуглекислим газом як первинний продукт реакції. Додатково, PCFCs мають твердий електроліт, таким чином мембрана не може вичерпатися як з паливними елементами PEM, або рідина не може просочитися як з PAFCs.

і) Мікробний паливний елемент (MFC) - Мікробні паливні елементи використовує каталітичну реакцію мікроорганізмів, типу бактерій, щоб перетворити фактично будь-який органічний матеріал в паливо. Деякі склади, включають глюкозу, ацетат, і стічні води. Вступники на анод без кисню, органічні речовини окислюються бактеріями або іншими мікробами. Як частина процесу травлення, електрони тягнуть від складу і проводиться в кругообіг за допомогою неорганічного посередника. MFCs працюють добре в помірних умовах відносно інших типів паливних елементів, наприклад, 20-40 градусів Цельсія, і можуть виробляти енергію з більш ніж 50% ККД. Ці елементи є підходящими для невеликих застосувань, наприклад, медичних пристроїв, що живляться глюкозою в крові, або великими, наприклад, для станції з очищення стічних вод або пивоварних заводів, що виробляють органічні відходи, яка могли б використовуватися в якості палива MFCs.

Розробка вчених:
Шведські досліднікі перетворилися в рідіну тісячі медуз для вилучення білків, які можуть буті вікорістані в Якості мікроскопічніх паливно елементів.
3) Альтернативні продукти

Північноамеріканська медуза (Aequorea Victoria) маєзеленій флуоресцентний білок (green fluorescent protein, GFP), Який дозволяє їм світітіся в темряві. Дослідніцька команда Під керівніцтвом Заккаре Чірагвенді з ТЕХНІЧНОГО Університету Чалмерса в Гетенберге (Швеція) взялася за вилучення задовольняють білка для Створення біопалівніх елементів.Вміщена на алюмінієві електрода крапля білка, на Яку спрямовується ультрафіолетове віпромінювання, на нанорівні генерує Електричний струм, Що підходіть для зарядки «нанопрістроїв ».
До нанопрістроїв відносяться прістрої, розмірі які вімірюються в нанометрах, де 1 нанометр дорівнює 1 мільярдна метра.Їх використання в медицині знаходится на «зародковому» рівні, а однією з головних труднощів є зарядка таких прістроїв.
Чірагвенді для виробництва паливно елементів такоже використовувалася випускають світло ферменти, отрімані з світлячків (Lampyridae) І морський братків (Renilla reniformis), зроб ці елєменти абсолютно автономними.
Вчені взялися за розробка методів штучного вирощування зеленого флуоресцентного білка в лабораторних умова з використання бактерій.У разі успіху, з'явиться можлівість Створення GFP без необхідності збору та приведення у рідкий стан велічезної кількості медуз.
Чірагвенді заявивши, Що Такі Паливні елєменти мо-жуть буті вікорістані для Самостійної зарядки нанопрістроїв, Що функціонують в тілі людини - для МЕДИЧНОЇ діагностики, візуалізації пухлин І боротьбі з ними. При збільшенні розмірів смороду такоже здатні Зробити більш дешевими сонячні батареї.
Дана технологія стані доступною Вже Протягом 1-2 найближчою РОКІВ.

Відтепер поняття «Електричний Кактус» може означати дещо більше, ніж просто назва одного з сімейств різноманітної флори нашої планети. Це може стати першим кроком до перетворення живих рослин у генератори екологічно чистих, поновлюваних джерел енергії.
Вчені французького Центру досліджень Поля Паскаля (CNRS) нещодавно розробили біопаливний елемент, який може виробляти електроенергію, використовуючи два основні продукти фотосинтезу: глюкозу і кисень. Потім вони вставили отриманий елемент в живій кактус ... і отримали на виході енергію потужністю 9 ват на квадратний сантиметр.
Спостерігаючи діяльність біопаливного елемента, вчені, по суті, спостерігали фотосинтез в дії, також вони вперше змогли відстежувати рівень глюкози в рослині і змінювати його в режимі реального часу. Наприклад, вони помітили, що вироблення електричного струму в біопаливному елементі зростає при включенні настільної лампи, тобто при збільшенні потоку світловий енергії для фотосинтезу на кактус. Після виключення лампи генерація електричного струму знову зменшилася.
Ця інноваційна розробка відкриває величезні потенційні можливості не тільки для кращого розуміння того, як працює фотосинтез, але і для розвитку нових технологій, які могли б перетворювати сонячну енергію в електрику безпосередньо в живій рослині. Такі біопаливні елементи можна буде використовувати і в області медицини - наприклад, імплантований елемент може використовувати енергію, одержувану внаслідок хімічної реакції кисню і глюкози в людському організмі, для роботи датчика рівня глюкози у хворого на діабет.
3) Вуглеводний елемент
Єдиний побічний продукт операції DCFC - дуже чисте CO2, який може міститися в концентрованому потоці і легко може для використовуватися. Через чистоти потоку CO2, використання його було б набагато більш рентабельним та ефективним, ніж використання CO2 від звичайних електростанцій на викопному паливі. Крім того, якщо вуглецеву сировину для промисловості для паливного елемента повинно було бути отримано з біомаси, і CO2, захоплене й ізольоване, супер вуглецеве-негативне електрика буде вироблено. Це: електрика, використання якого призводить до активного видалення CO2 з атмосфери (всупереч звичайним поновлюваних джерел таким, як вітер або сонце, які просто запобігають нову емісію, але не йдуть далі цього). Дуже радикальне поняття енергії.
Однак, замість того, щоб використовувати газоподібні палива, як зазвичай робиться, сукупність використання DCFCs надзвичайно прекрасних (10-до 1,000 діаметрам мкм) вуглецеві частинки, розподілені в суміші литого літію, натрію, ітрію, двоокису цирконію або карбонату калію в температурі 600 до 850 ° C. Повна реакція осередку - вуглець і кисень (від навколишнього повітря) формується вуглекислий газ і електрику.

Реакція призводить до 80 відсотків енергії згоряння вуглецевого кисню як електрика, все ж ніяке горіння вуглецю не має місце. DCFCs для постійних застосувань забезпечують до 1 кіловата електроенергії на квадратний метр області поверхні осередку - норма досить висока для практичних заяв. Деякі розробники проектують DCFCs для мобільних, які можуть поставити питомі ваги енергії в діапазоні 1 000-2 000 Wh / kg, набагато вище, ніж у будь-якої існуючої батареї.

Вигоди
Технологія DCFC має кілька потенційних вигод за іншими паливними елементами. Спочатку, це може використовувати широке розмаїття дуже рясних дешевих кам'яновугільних палив, включаючи вугілля, кокс, смолу, біомасу і органічну витрату. Звичайні паливні елементи типово працюють на газоподібних паливах. Паливо (природний газ, пропан, етанол, і т.д.) перетворено до водню syngas, який харчується в стек паливного елемента. DCFC, однак, може працювати безпосередньо на твердому паливі углеродистом, яке є стійким, легким зберігати, звертатися і транспортувати. DCFCs не вимагає будівництва повністю новою і дорогої інфраструктури - який має місце для водню - і при цьому вони не програють, енергія повинна була перетворити паливо в газ.

По-друге, на відміну від водню або паливних елементів метанолу, DCFC не використовують ніякого каталізатора або дорогих благородних металів як платина. Це скорочує витрати, і має збільшити надійність. Проект декількох типів стека паливного елемента відносно простий, з витратами, очікуваними бути $ 250/m2 області осередки в залежності від виробничих компонентів. Разом з балансом системи, дослідники і компанії розміщують повну спроектовану вартість в ціль приблизно 1000 $ / кВт. Враховуючи достаток і низьку ціну палива, керуючи DCFCs був би безумовно найменш дорогим з усіх систем паливного елемента. У обмеженому світі вуглецю, з стимулами захоплювати і зберігати CO2, і з вуглецевої ціною, захоплюючи і зберігаючи CO2 від DCFCs буде набагато менш дорогим ніж виконання того ж самого на звичайних заводах викопного палива.

По-третє, DCFC набагато ефективніші за будь-який інший тип паливного елемента та електростанції. У високих температурах (більше ніж 600 ° C), вуглецеве паливо окислено гальваностереотипи до CO2 в купе анода, що створює електрику. Вигода перетворення твердого вуглецю безпосередньо до електрики дозволяє ефективності бути приблизно 80 відсотків - експериментально перевірений-, багато більше того з інших паливних елементів, і подвійний та зі звичайних парових електростанцій. Зазвичай, DCFC перетворює 80% високої температури, яка була б звільнена згоранням в електроенергію замість цього. Ця збільшена ефективність призводить до вигідної виплати для розвитку DCFC, так само як скорочення емісії CO2 до приблизно однієї десятої тієї з сучасної електростанції звільнення вугілля. Коли біомаса використовується як сировина для промисловості, емісія CO2 - близько до нуля, і якщо газ оранжереї захоплений і збережений, енергія стає вуглецевої-негативною.

Біомаса як ідеальне сировина для промисловості
DCFC's може використовувати велику кількість багатих вуглецем палив, але органічні відходи і біомаса - у центрі уваги, тому що вони відновлюваних і чисті, але також і тому що вони можуть бути перетворені на найчистіше вуглецеве паливо. Повний процес створення електрики в DCFC від біомаси має ефективність через її простоти. Оскільки містить тільки два стадії: (1) висихання (і / або піроліз, або гідротермальне коксування), і (2) подача получающегося палива безпосередньо до DCFC. Висихання та / або pyrolysis або перетворення у випадкову роботу через гідротермальне коксування зобов'язані створювати багате вуглецем тіло макрочастки, яке може живити паливний елементу DCFC, щоб справити електроенергію:
енергія:: стійкість:: біомаса:: біоенергія:: biofuels:: деревне вугілля:: pyrolysis:: гідротермальне коксування:: вуглець:: наказує, щоб вуглецевий паливний елемент:: вуглець захопив:: вуглецеву-негативну:: ефективність:: зміна клімату::

Вибір між висиханням або піролізу, від якого біомаса перед подачею цього до DCFC буде залежати, чи може енергія, яка містилася в непотрібних газах, що прямують з перетворення висушеної біомаси в межах DCFC бути повернена ефективно, і чи може DCFC бути розроблений в манері так, щоб це було не забруднено легкими газами і зробленими смолами.

Як паливо, випадкова робота, вироблена від біомаси і непотрібних матеріалів пропонує багато вигод. Недорого виробити і легкий зберігати. Випадкова робота з готовністю доступна для споживачів у всьому світі від ущільнених ліжок з високоенергетичними частинками щільності. Коли запалюється правильно, деревне вугілля не обтяжує атмосферу емісією CO2, і не вносить свій внесок у зміну клімату. На відміну від викопного палива, деревне вугілля не має ніякої ртуті, майже ніяка сірка, низький азот, і справляє дуже невеликий попіл. Це має високо електричну провідність, велику поверхневу область, і багато облігацій, які дозволяють цьому бути дуже реактивним у відносно скромних температурах.

Розробники DCFC схвалюють палива, які є надзвичайно чистими вуглецевими частинками, з невеликою кількістю вродженої вологості, попелом, сіркою, і азотом. Біомаса від зернових культур енергії, витратите даремно паперові продукти, структурний ліс, і фракція Муніципальної Твердою Витрати (MSW) може бути перетворена в тип палива, найбільш високо оціненого продавцями DCFC.

Поточне дослідження
Приблизно сім команд у США активно вкладають капітал в наукові дослідження DCFC. Європейські і японські дослідники роблять, щоб добре, але інформація обмежена.
Лоренс Лівермор Національна Лабораторія (LLNL) має програму розвитку для DCFC і нещодавно зробила велике досягнення. Технологія була результатом дворічного дослідження, що фінансується відповідно до Лабораторної Програмою цілеспрямованих досліджень та Розвитку, і приводила до DCFC, який вимагає у ефективності використання викопного палива для того, щоб зробити електрику набагато ближче до теоретичних меж ніж коли-небудь раніше. Права на патентований процес LLNL були придбані Тримали Енергією.

Паливний елемент Університету Акрона

Вся робота Університету Акрона, описана до теперішнього часу була виконана на комірках кнопки, розташованих в трубчастих апараті. Більшість зусилля повинно було перевірити різні комбінації каталізаторів анода і катода. Типові експерименти складаються з розміщення малої кількості або з сирого вугілля або з дегазіруемого вугілля на комірці кнопки і чи підігрівання це чи пониження вугілля безпосередньо в попередньо підігрівають клітинку. Випробувальні температури перебувають звичайно в діапазоні 750-850 ° C.

Навпаки, експерименти в тих тих же самих умовах в трубчастих реакторі, з синтетичним вуглецем, вміщеним у клітинки кнопки (показує ітрій стабілізував двоокис цирконію ([YSZ] вафлі електроліту з анодами металокераміки Ni / YSZ) забезпечений Ceramatec (Солт-Лейк-Сіті, ЄДИНЕ ЧАС) і схвилював плином потік CO2, справили пікову щільність влади понад 140 mW/cm2, які погіршилися вчасно через взаємодії сірки з анодом Нікелю. Подібні експерименти, використовуючи що робиться текучим вугілля протягом Він, якого газ з іншими осередками кнопки дав піковим питомою ваг влади понад 40 mW/cm2, які також розпадалися вчасно. Знову, еталонне тестування тестів на цих тих же самих осередках кнопки, використовуючи газоподібні палива тільки дало зіставні питомі ваги влади. Ці результати вказали на важливість мікроструктури, стабільності, і catalycity анода і його впливу на роботу осередку.

У всіх випадках, газові дослідження продуктів реакції перевірили баланс кисню навколо осередку, і вказали, що весь кисень, що поставляється електрохімічно через твердий електроліт в тверду паливну ліжко, пояснений у формі КОМПАНІЇ і CO2 в потоці грипу. Ці попередні результати демонстрували вперше, що можна електрохімічно перетворити тверді кам'яновугільні палива в електрику в єдиному кроці у справи текучим реакторі ліжка.

Як виділено вище, є кілька методів для виробництва твердого, багатий на вуглець, паливо макрочастки від різної багатою вуглецем біомаси та органічних непотрібних ресурсів. Ці самі процеси виробляють високу температуру і гази, які можуть використовуватися для виробництва влади. Питання тепер - об'єднати чи цю операцію з операцією DCFC в безперервно операційну систему або розсіювати паливну підготовку і функції виробництва електрики, щоб відокремити місця розташування.

       В інтегрованому випадку, необхідно транспортувати паливо до центрального місця розташування і потім передати і розподілити електрику від того місця розташування до різноманітності користувачів. Інтегрований підхід пропонує можливість максимальної ефективності енергії в результаті інтеграції між паливної підготовкою і паливними операціями споживання так само як можливістю використовувати ту непотрібну енергію (теплової та метан) в інших будівлях або заводах обробки, які могли бути cо-розташовані з інтегрованою одиницею.

       У цьому понятті, годуєте, матеріал висушений приблизно в 149 ° C, щоб прогнати воду від вологого матеріалу подачі БІОМАСИ / MSW. Висушена подача - тоді піролізіруется при 371 ° C, щоб видалити метан і вуглекислий газ і зробити роботу, яка харчується до DCFC. Гарячий, CO2-багатий газ продукту анода перероблений від DCFC до паливної сушарки і піролізер, щоб забезпечити енергію високої температури, необхідну для тих операцій.

Зайва енергія в піролізере витрачає даремно газ, і в багатому аноді CO2 - від газу може використовуватися для парового покоління і може використовуватися в cо-розташованої енергії, яка споживає засоби обслуговування.

Всюди ефективність процесу
У недавньому короткому огляді технологій DCFC, дослідники при Програмі Паливного елемента ERDC-CERL армії США Корпус Інженерів зробили основне обчислення повної ефективності процесу, щоб піти від багатого вуглецем сировини, біомаса в електрику. Тому що робота всіх команд, залучених в розвиток технології DCFC - в дуже ранніх стадіях розвитку, малоймовірно, що повністю інтегрований стек і електростанція паливного елемента досягнуть максимальної теоретичної ефективності 80 відсотків, яка відбувається в єдиній комірці.

Дослідники для цього припускали, що ефективність перетворення хімічної енергії (Вище нагрівається Цінність або підстава HHV) у сухому вуглеці в паливі до електрики змінного струму в DCFC - 65 відсотків. (Типові аерозоль вугільні електростанції перетворюють хімічну енергію в куті (на тому ж самому підставі HHV) до електрики в ефективності на 30-35 відсотків.)
Завоювання CO2: зелена протилежність
Країни з великими вугільними запасами продовжать використовувати вугілля як їх первинне джерело електрики на багато років вперед. Біомаса буде cо-запущена або буде використовуватися в присвячених електростанціях частіше, але вугілля збирається залишитися найбільш широко використовуваним паливом. Однак, сьогоднішні запущені вугіллям електростанції перетворюють вугілля в електрику з відносно низькою ефективністю, часто не вищий ніж 30 - 35 відсотків. Крім того, вугілля - джерело отруйної емісії, газів оранжереї та забруднювачів хеві-метал коли використовується в традиційних електростанціях згоряння. Для вугільних залежних країн, щоб увійти до більш екологічно життєздатний і економічно здійсненний шлях, необхідний чистий, ефективний і прямий процес, щоб перетворити вугілля в електричну енергію. Це - те, де DCFC може відігравати головну роль.

DCFCs мають головну перевагу, що потік CO2, який вони виробляють, надзвичайно чистий, дозволяючи клімат руйнівний газ бути захопленим з невимушеністю. Законодавство, що дозволяє CCS і вуглецеву ціну дало б DCFCs конкурентноздатну перевагу тому що вони значно нижча вартість захоплення CO2. Якщо захоплюючі вуглекислий газ витрати включені, витрати системи DCFC, як оцінюють, є до 50 відсотків менше ніж такі з поточних заводів викопного палива.
                                                4) Спиртові елементи
Етанол в якості палива для чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння в 1876 році застосовував німецький винахідник Ніколаус Отто, а в 1908 році Генрі Форд запропонував покупцям «бляшанку Ліззі» Ford T з двигуном, що працює на етанолі, бензині або їх суміші.

Біоетанол

Етанол, або етиловий спирт, більш відомий як сировину для виготовлення алкогольних напоїв. Біоетанол - це зневоднений етиловий спирт, виготовлений з біологічно відновлюваної сировини.
    Є три способи отримання етилового спирту: зброджуванням харчової сировини (переробкою міститься в сировині цукру в спирт за допомогою дріжджів), гідролізом рослинної сировини і гідратацією етилену (синтетичний спирт). Енергетична цінність спирту майже в півтора рази нижче, ніж у бензину.
Як отримують етанол?
   Перший етап - це отримання целюлози. Наприклад, в деревині її міститься до 60%, а в паперових відходах - всі 90%. Потім целюлозу в присутності каталізатора піддають гідролізу (або «оцукрюванню»), в результаті якого виходить технічна глюкоза. Після цього глюкозу в присутності дріжджів (звичайних, як у тесті) змушують бродити. І на виході утворюється етиловий спирт - С2Н5ОН. Як у тому анекдоті - «він»!
    В якості автомобільного палива етанол за деякими параметрами перевершує бензин. У ньому набагато менше домішок (наприклад, сірки), а октанове число по дослідницькому методу досягає 125 одиниць. Тому етанол іноді використовують як високооктанову добавку - наприклад, «дев'яносто другий» бензин з десятьма відсотками етанолу стає «дев'яносто п'ятим» (схоже пальне, Е-10, використовують в Таїланді). Однак теплотворна здатність етанолу істотно нижче «бензинової» (21,2 кДж / л проти 31,9 кДж / л) - звідси й більш високу витрату палива. Крім того, етанол дуже гігроскопічний - при контакті з водою він «вимивається» зі складу суміші, порушуючи її характеристики.

Дослідна станція в Орнскольдсвіка виробляє етанол із деревини. Тирса з контейнерів (1) надходять в автоклав (2), де підігріваються паром, і опиняються в реакторі (3). У ньому тирса «висахарюють», розкладаючись на технічну глюкозу і лігнін. Потім в баку (4) в процесі детоксикації глюкоза позбавляється домішок і відправляється на бродіння в колони (5), де перетворюється в етанольне «сусло». Завершує процес дистиляція, після закінчення якої товарний етанол накопичується в баку (6)

Плюси:
- Запаси сировини різноманітні і практично необмежені;
- Є багатий досвід експлуатації двигунів, що працюють на спирті (Бразилія, Австралія);
- Нижче токсичність вихлопних газів;
Мінуси:
- Потрібно вносити конструктивні зміни в систему живлення;
- Потужність двигуна знижується, а витрата пального збільшується;
- Через гігроскопічності спирту можуть погіршуватися пускові властивості двигуна;
- Дороге виробництво біоетанолу;

Метанол

Процес отримання заснований на каталітичної конверсії вуглеводнів природного, коксового та інших углеводородсодержащих газів з водяною парою. Як самостійне пальне і як добавок до бензину застосовується рідко і лише для двигунів спортивних мотоциклів, не розрахованих на тривалу експлуатацію. У той же час досить широко використовується як сировина, з якої автомобілі на паливних елементах черпають водень.

Плюси:
- Дозволяє вирішити проблему зберігання водню і вилучення його у міру потреби;
- Запаси сировини практично необмежені;
- Може використовуватися як сировина для виробництва синтетичного бензину;
Мінуси:
- Дуже токсичний (смертельна доза для людини - 30 мілілітрів);
- Викликає корозію деталей;

5) Електричний кактус

Відтепер поняття «Електричний Кактус» може означати дещо більше, ніж просто назва одного з сімейств різноманітної флори нашої планети. Це може стати першим кроком до перетворення живих рослин у генератори екологічно чистих, поновлюваних джерел енергії.
Вчені французького Центру досліджень Поля Паскаля (CNRS) нещодавно розробили біопаливний елемент, який може виробляти електроенергію, використовуючи два основні продукти фотосинтезу: глюкозу і кисень. Потім вони вставили отриманий елемент в живій кактус ... і отримали на виході енергію потужністю 9 ват на квадратний сантиметр.
Спостерігаючи діяльність біопаливного елемента, вчені, по суті, спостерігали фотосинтез в дії, також вони вперше змогли відстежувати рівень глюкози в рослині і змінювати його в режимі реального часу. Наприклад, вони помітили, що вироблення електричного струму в біопаливному елементі зростає при включенні настільної лампи, тобто при збільшенні потоку світловий енергії для фотосинтезу на кактус. Після виключення лампи генерація електричного струму знову зменшилася.
Ця інноваційна розробка відкриває величезні потенційні можливості не тільки для кращого розуміння того, як працює фотосинтез, але і для розвитку нових технологій, які могли б перетворювати сонячну енергію в електрику безпосередньо в живій рослині. Такі біопаливні елементи можна буде використовувати і в області медицини - наприклад, імплантований елемент може використовувати енергію, одержувану внаслідок хімічної реакції кисню і глюкози в людському організмі, для роботи датчика рівня глюкози у хворого на діабет.
Крім того, як написали вчені CNRS Вікторія Флехер (Victoria Flexer) і Ніколас Мано (Nicolas Mano) в останньому випуску журналу «Аналітична хімія», «ми продемонстрували, що наші електроди, здатні використовувати глюкозу і кисень, які створюються в ході фотосинтезу, для виробництва енергії, є простим і екологічно чистим способом перетворення сонячного світла в електроенергію ».
6) Ферментний елемент
Кайлі Вінсент (Kylie Vincent) і її колеги з Оксфорда (University of Oxford) створили паливний елемент на базі ферментів, у багато разів дешевший, ніж паливні елементи традиційної конструкції.

Перший зразок водневого паливного елемента на ферментах поки виробляє напругу всього в 0,7 вольта і слабенький струм - достатній лише для приведення в дію цифрових годинників. Проте потенційно ця технологія може забезпечити енергією різноманітну портативну електроніку.
У звичайних паливних елементах кисень (з повітря) і водень подаються з двох сторін від обмінної мембрани, що розділяє камери з двома електродами. Мембрана вільно пропускає через себе протони. На одному електроді водень поділяється на протони й електрони. Останні не можуть пройти через мембрану і досягають протилежної камери елемента тільки після проходження зовнішнього електричного ланцюга. Тут вони беруть участь у синтезі води з кисню і протонів, які пройшли через мембрану. Обидві ключові реакції в паливних елементах підтримуються каталізатором, нанесеним на поверхню електродів. Зазвичай - це платина. Платиновий каталізатор і обмінна мембрана - найдорожчі компоненти паливних елементів. І це одна з причин, що стримує їх поширення. Але в елементі, створеному Кайлі, немає ні того, ні іншого.
Британські вчені використовували два недорогих ферменти: один, узятий від бактерії (гідрогеназа), а другий - від гриба (лакказа), які здатні виступати каталізаторами тих же самих реакцій. Кожен електрод покритий одним з цих двох ферментів. А оскільки кожен фермент прискорює саме свою реакцію, даний паливний елемент не потребує і в мембрані, так як два компоненти «пального» - повітря і водень, у ньому можуть вільно змішуватися. Власне, в дослідному зразку - простий скляній колбі з двома електродами, покритими ферментами, дослідники одержували струм, просто подаючи в апарат повітря з невеликою (кілька відсотків) домішкою водню.

4)Інноваційні Розробки Уральських вчених
Уральський електрохімічний комбінат запропонував державі організувати до 2020 року масове виробництво водневих джерел енергії
Уральський електрохімічний комбінат запропонував державі організувати до 2020 року масове виробництво водневих джерел енергії
Водневою енергетикою Росія займається досить давно. Ще в 1971 році була створена воднево-киснева енергогенеруюча система для місячного корабля, яка пройшла випробування на Землі і була готова для польоту в космос. Виросла вона з технології поділу ізотопів урану, на основі якої фахівці Уральського електрохімічного комбінату (УЕХК) розробили нікель-водневі акумулятори та електрохімічні генератори електричної енергії. Одна з модифікацій акумулятора вже 10 років працює на навколоземній орбіті у складі супутника "Ямал-100", забезпечуючи трансляцію радіо-і телепрограм. Друга встановлена на супутнику "Стерх", виведеному на орбіту в кінці липня 2009 року. Перевага таких приладів в тому, що вони не вимагають вуглеводневого палива, екологічно чисті і демонструють більш високий ККД, ніж традиційні джерела електроенергії.
УЕХК бачить застосування своїм розробкам не тільки в космосі. У 90-ті роки фахівці модернізували електрохімічний генератор "Фотон", створений для космічного корабля "Буран", і встановили його на автомобіль. Втім, далі демонстрації його можливостей справа не пішла: екологічно чистий автомобіль переважній більшості жителів Росії не по кишені. Вартість одного кіловата в такій машині коливається від 10 до 25 тисяч євро (потужність двигуна, як правило, 60 кіловат).
Експерти стверджують, що можливості для зниження вартості "водневого" автомобіля є. Вони пов'язані з використанням більш дешевих матеріалів, спрощенням конструкції і з переходом на каталізатори з недорогоцінних металів. Проте, стверджує провідний інженер заводу електрохімічних перетворювачів УЕХК Борис Поспєлов, кращі розуми світу за 20 років не змогли істотно знизити вартість кіловата потужності. До того ж при серійному виробництві електромобілів елементарно не вистачить платини. Тому, вважає експерт, світ йде неправильним шляхом.
Фахівці УЕХК підрахували, що генератори, що працюють на лужних паливних елементах, відсотків на двадцять дешевше полімерних, яким у світі віддається перевага. У перспективі лужні можуть працювати на каталізаторах без дорогоцінних металів. Ресурс такого генератора виходить в п'ять разів вище полімерного. Розрахунки показали, що при серійному виробництві нових джерел енергії загальною потужністю 5 мегават на рік вартість кіловата може бути знижена з 10 до 3 тисяч євро. До 2020 року, прогнозує Борис Поспєлов, при масовому виробництві реально досягти вартості менше 1 000 євро за 1 кіловат.

Розробники, втім, віддають собі звіт, що водневий електромобіль з'явиться на наших дорогах нескоро. По-перше, треба суттєво знизити вартість одного кіловата, по-друге, створити мережу автомобільних заправок воднем, по-третє, треба вирішувати питання отримання та зберігання водню. Завідувач лабораторією Інституту високотемпературної електрохімії Микола Баталов говорить, що найбільш дешевий, але досить брудний, спосіб отримання водню - з природного газу. Електроліз (розкладання води) чистіше, але дорожче.

Начальник конструкторсько-технологічного бюро заводу електрохімічних перетворювачів УЕХК Михайло Баженов переконаний, що проблеми з часом будуть вирішені. Наприклад, воду можна розкладати за допомогою сонячних батарей, встановлених на дахах будинків та громадських будівель. Їхні потужності вистачить для поповнення запасів водню і кисню в установках аварійного електроживлення, які незамінні в лікарнях, обчислювальних центрах і так далі. Електролізом могли б також займатися ночами (в період падіння навантаження) великі електростанції.

Заступник головного інженера свердловської філії ТГК-9 Леонід Соловйов допускає, що електроліз ночами на станціях робити можна - за умови створення великих ємностей для зберігання водню і кисню. Експерт підкреслює, що рано чи пізно їх будувати все одно доведеться, оскільки в доступній для огляду перспективі енергетикам доведеться переходити з мазуту, як резервного палива, на скраплений газ. Для цього знадобляться ємності, розраховані на десятки тисяч кубометрів. У рамках цього проекту можна було б збудувати й сховища для водню, оскільки, стверджує Микола Баталов, цей газ краще всього зберігати також у зрідженому стані.

Михайло Баженов підкреслює, що економічні показники проекту рано чи пізно прийдуть в норму, якщо провести відповідні дослідні та дослідно-конструкторські роботи. Головне в тому, що на розробку вже є замовники: наприклад, американці хотіли купити на УЕХК джерела живлення потужністю 5 кіловат для підйомних і транспортних пристроїв, що працюють в закритих приміщеннях. Уральці підрахували, що рентабельним виробництво буде при випуску 1 тисячі апаратів, для чого буде потрібно відповідним чином оснастити виробництво. На це на комбінаті коштів немає, а американці були готові купувати тільки готові джерела.

Розробники спробували отримати державне фінансування, подавши у 2008 році заявку на 1,2 мільярда рублів до корпорації "Роснано", оскільки у виробництві паливних елементів застосовуються нанокаталізатор. Експерти дали позитивний висновок на розробку УЕХК, а потім творці генератора дізналися з неофіційних каналів, що науково-технічна рада, створений при корпорації, дав негативний висновок, оскільки розробка "не відповідає світовому рівню". Іронія полягає в тому, що фахівці УЕХК зробили апарат з більш високими електричними характеристиками і ресурсом, але формально науково-технічна рада прав: світовому рівню він не відповідає.
Не можуть винахідники отримати гроші і від уряду Москви, яке почало фінансувати роботи по створенню електрохімічного генератора в якості джерела живлення екологічно чистого транспорту. Михайло Баженов каже, що до розробників гроші не доходять, хоча московські підприємства-суміжники їх уже отримали. Все це змушує фахівця зробити висновок, що Росія не готова сприймати нові розробки, які обіцяють в перспективі більшу віддачу. Бюрократична тяганина може призвести до того, що країна втратить технологію, на відпрацювання якої пішли десятиліття.
Завідувач кафедрою атомної енергетики Уральського державного технічного університету Сергій Щеклеін переконаний, що час дуже якісної розробки УЕХК поки ще не настав. Чиновники, можливо, оглянуться років через 20, коли органічне паливо стане дорогим. Але до того часу росіяни можуть безнадійно відстати: не представляють ж сьогодні виробничники, як слід випускати начинку для телевізора. "Я вважаю, - говорить учений, - що кидати розробки УЕХК не можна. Ми свого часу випереджали у водневій енергетиці всіх, але за останні 15 років серйозно пригальмували. Тут важливо не відстати від світових тенденцій, а то вийде як з телевізором і автомобілем, коли ми вже не знаємо, що там знаходиться всередині ".

Михайло Баженов впевнений, що пробити знизу розробку не вдасться. Програма "Буран", для якої свого часу розроблявся генератор, була прийнята на самому верху, тому і була реалізована. Водневий генератор для промисловості і повсякденному житті - не менш масштабна програма, а тому повинна здійснюватися в рамках держави. Головна проблема - створення зрозумілого механізму інвестування перспективних розробок, який дозволив би в короткі терміни отримати практичну вигоду.

5) Біопаливний АВТОБУСИ І Електромобілі можуть СТАТИ УКРАЇНСЬКОЇ «Фішка» ЄВРО-2012
09.02.10 12:02 Новини - Останні новини
Україна може стати першою у Східній Європі країною, що реалізувала проект використання біопалива в громадському транспорті.

Про це порталу Газеті «Україна молода» голова Асоціації учасників ринку альтернативних видів палива та енергії України (АТЕУ) Віталій Давій, коментуючи перспективи співробітництва спиртової галузі з нафтопереробними підприємствами.
«Уже багато років поспіль окремі ініціативні групи намагаються« пропхнути »у Верховній Раді законопроект, що встановлює в обов'язковому порядку додавання в моторні палива за пару відсотків біодизеля і біоетанолу. Однак це не вирішує ні екологічних завдань, оскільки спочатку треба підняти якість нафтопродуктів, вироблених НПЗ, ні завдань з порятунку спиртових заводів. У Європі вже досягли якості моторних палив «Євро-5», тому додавання біокомпонентів - це додатковий штрих їх екологічності ».
У той же час, на думку Віталія Давія, ефективний альянс спиртової та нафтопереробної галузей можливий при реалізації проекту виробництва і збуту альтернативного палива Е85 (складається на 85% з етанолу).
«Збут Е85, який однозначно має бути значно дешевше традиційних бензинів, можна розвивати за аналогією зі скрапленим газом. Зокрема, через окремі заправні модулі на АЗС. Нафтові компанії зможуть таким чином розширити асортимент продукції і заявити про свою екологічності. Однак при цьому необхідно наявність станцій техобслуговування, які будуть займатися установкою на автомобілі паливних адаптерів. Їх вартість не перевищує 300 доларів. Адаптер дозволяє їздити як на етанолі, так і на звичайному паливі. Також в Україні можна налагодити складання автомобілів, обладнаних двигунами flex-fuel, при цьому автовиробники можуть претендувати на податкові пільги, так як ввезення устаткування, яке застосовується в біопаливних проектах, не обкладається з 1 січня ПДВ », - зазначив глава АТЕУ.
За словами, В. Давія, першим біопаливним проектом може стати запуск, наприклад, до Євро-2012 у містах, що приймають чемпіонат, автобусів, що їздять на Е85. Такі транспортні засоби сьогодні випускає кілька європейських автоконцернів. Крім покращення іміджу та зниження екологічного навантаження з боку муніципального транспорту, біопаливний проект також дозволить Україні отримати гроші за скорочення викидів.
Як раніше повідомлялося, у ВР зареєстровано черговий законопроект, який передбачає обов'язкове додавання з 2011 р. в моторні палива 2% етанолу та біодизеля. До 2014 р. цей показник має зрости до 5,75%.
Проти цієї ініціативи виступають нафтопереробні заводи, які вважають цей проект економічно та екологічно недоцільним. Зокрема, НПЗ закликають уряд створити в Україні сприятливі умови для проведення модернізації заводів, що дозволить істотно підвищити якість палива і знизити його негативний вплив на навколишнє середовище.
За аналогічним алгоритмом можна реалізувати проект таксі-електромобілів. Модулі зарядки автомобілів можна встановлювати як на АЗС так і в супермаркетах.

6) Висновок:

Біопаливні елементи – майбутнє електроенергетики. Перспективні варіанти вирішення енергетичної кризи. Слід розглядати їх як альтернативні джерела екологічно-чистої енергії.

Паливні елементи 📙 Реферат → 🆔 191290