新的电解电池将在明天的本地能源供应中发挥作用

2019-02-27 17:12:04
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低CO 2排放的能量?#20302;?#38656;要更多的可再生能源。这需要新的解决方案,考虑到风能,水电,太阳能等的巨大变化。其中一个解决方案是分布式能源?#20302;场?#22312;这里必须能够使用例如本地SPEC电解池在本地存储多余的能量。该技术的基础由CASE研究项目开发。

如今,大多数能源都是在基于煤,石油和天然气等化石燃料的大型集中发电站生产的。然后是水力发电站,核电站和风电场产生的能源。能量只从中央发电站到电网再向消费者流动。现在的想法是,应该将更多的可再生能源输入电网。这需要新的解决方案,考虑到风能,水电,太阳能等的巨大变化。其中一个解决方案是分布式能源?#20302;场?/p>

分布式能源?#20302;?#30001;许多地理上分散的小型生产单元和一些大型中央单元组成。传输?#20302;?#30340;不同部分彼此独立运行,但可以使用IT一起运行,从而可以利用中央和本地技术来满足当下的能源需求。在本地,能源将在更大程度上来自当地的能源资源,如太阳,风,稻草等。

储能很重要

在本地,这将需要能够将来自可再生资源的剩余电力转换为可?#28304;?#20648;的能量。其中一个选择是将剩余产量存储为化学能。这可能是化合物的形式,如液体甲醇(CH 3 OH)或气体,如天然气(CH 4)或合成气(CO + H 2))。一旦能量转化为这些化合物(称为合成燃料),就很容易储存在储罐和压力罐中。合成燃料可直接用于汽车和化学工业的原料。这个原则基本上没什么新意。唯一的问题是,今天的技术最适合在高温下运行的大型中央工厂。因此,有必要开发在较低温度下操作的新型设备,从而适合与本地风力?#26032;只?#19968;起安装。

目标是通过一项新的研?#32771;?#21010; - 可?#20013;?#33021;源催化(CASE)实现这些目标,该计划将开发催化剂,将当地可再生能源转化为化学能,例如氢或甲醇。CASE由DTU物理学院的JensK.Nørskov教授领导。

电解槽可将CO 2转化为有用的燃料

从电能到化学能的步骤需要电解过程。通过电解,水通过电力转化为氢气和氧气(以及CO 2到CO和氧气)。ABF(燃料电池和固态化学部门)以SOEC电解电池的形式为此开发电解电池。“SOEC电解槽由陶瓷材料构成,原则上是一种反向SOFC燃料电池,Risø正在与托普索燃料电池一起开发,”研究教授Mogens Mogensen来自ABF(燃料电池和固体)国家化学科)。

在电解池的方法,在现实中对应于大自然本身的光合作用,这需要CO的部分2从空气中并将其转换为化学能的糖形式的存储。因此,电解电池可以有助于从空气中去除CO 2。换句话说,他们像森林在吸收二氧化碳的作用2。

通过将CO 2在电解池中液体合成燃料,我们的交通工具可以使用可?#20013;?#33021;源,功率从风力?#26032;只?#21644;太阳能电池。当汽车上合成燃料运行时,CO 2被释放到大气中。然而,不再使用CO 2来生产合成燃料,这?#23548;?#19978;意味着不向大气中添加CO 2。

大型中央合成燃料厂的高温

与其他电解方法相比,高温电池非常?#34892;В?#22240;为它们从给定的电量产生更多的氧气和一氧化碳。这是因为在高温下,水?#25237;?#27687;化碳可以利用热量分解成合成气(氢气+一氧化碳)和氧气,SOEC电池因此自冷却:当电流通过某些东西时不可避免地产生的热量 - - 这是电解过程所必需的。此外,可以利用通常可用作来自例如发电站和工业的余热的热量。

“这些高温电解槽适用于从合成气制造合成燃料的大型中央工厂。电解工艺之后的催化工艺需要一个完整的设施,催化反应器与电解槽装置连接,因为合成烃是在如此高的温度下(超过650°C)不稳定。这样的设施可能需要超过100兆瓦才能在经济上可行,“Mogens Mogensen说。此外,您可以避免大型植物的热量损失。

在SERC(战略电化学研究中心)已经对高温电池进行了一?#38382;?#38388;的工作,其中许多企业和研究中心正在合作开发这些类型的电解电池。

当地生产合成燃料的温度很低

对于当地的生产条件,有必要开发可在200-400℃?#27573;?#20869;的温度下操作的电池。通过这种方式,可以建立小型的局部电解设备,其可以直接连接到本地风力?#26032;只?#24182;且为局部区域生产合成燃料。“愿景是能够建造小型模块化工厂,其中一个站在当地的每个风力?#26032;只?#26049;边,”Mogens Mogensen说。

较低的温度意味着较少的热量损失,并且更容易建造小型和模块化的电解设备。为了取得成功,有必要开发全新的材料。这些将在CASE研?#32771;?#21010;中制定。ABF正在使用两种电解质类型。一种是介孔陶瓷材料,它可以吸收纳米孔中的液体电解?#20160;?#20445;留它们。第二种是低温?#39318;?#20256;导材料,它使用固体陶瓷电解质。

来自丹麦底土的石灰石可用于生产可?#20013;?#30340;合成燃料

将CO 2与大气直接分离是困难且昂贵的。因此莫恩斯莫根森教授设想必要的CO 2从其他来源。例如啤酒厂和第二代生物醇工厂,其中发酵产生大量的CO 2。另一种可能性是使用丹麦最普遍的原料石灰石(碳酸钙)。加热石灰石释放出CO 2,留下生石灰(氧化钙)。水与生石?#19968;?#21512; - 或“熟化” - 产生熟石灰(氢氧化钙),由此大部分热量再?#38382;?#25918;。

众所周知,熟石灰相对较快地从空气中重吸收CO 2。与沙子混合的熟石灰被称为砂浆,其传统上?#25381;?#20316;砖石中的粘合糊剂。砖块间的湿砂浆吸收CO 2从空气中,并通过形成石灰与结合砖一起石头硬物质硬化。

换句话说,石灰是碳循环的一部分。当石灰燃烧时释放的CO 2在熟石灰吸收CO 2时再次被吸收,从而转化为石灰。正是这个循环可用于制造合成的CO 2 -中性燃料。“你可以因此生产合成燃料,基于CO问心无愧2石灰和使用它的汽车运输,作为释放CO 2是由二氧化碳熟石灰再吸收2最初来自于,”莫根斯·莫根森说。

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