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弗勞恩霍夫研究所正在開發航運船舶用氨基燃料動力電池

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年12月16日  

每年,通過海運排放的二氧化碳達數億噸,對氣候造成嚴重危害。當全世界的科學家們在試驗新的推進方法來替代船上的燃料油時,作為一個國際財團的一部分,弗勞恩霍夫的研究人員正在開發氨基燃料電池。當氨被用作電動化的船舶的燃料時,它和氫一樣環保,而且處理起來更容易、更安全。


目前,氫是可持續能源領域的主要焦點:有計劃使用氫為公共汽車、商用車甚至汽車提供燃料。然而,位于美因茨的弗勞恩霍夫微工程和微系統研究所(FraunhoferInstituteforMicroengineeringandMicrosystemsIMM)正在研究另一種原料的可能性。作為ShipFC項目的一部分,弗勞恩霍夫研究所正與13個歐洲聯盟伙伴合作,開發世界上第一個用于航運的氨基燃料電池。弗勞恩霍夫的研究人員負責開發催化轉換器,它可以防止產生有害氣候的排放物。


海運是溫室氣體排放的主要來源。根據德國環境署(UBA)提供的信息,目前世界海洋上的海運造成了全球二氧化碳排放量的2.6%。2015年,二氧化碳排放量約為9.32億噸,而且這個數字每年都在增加。顯然,迫切需要采取對策。


ShipFC項目旨在證明新的無排放推進技術可以安全、可靠、平穩地工作,即使在大型船舶和長途航行中也是如此。該項目由挪威的NCE海事清潔技術公司協調,該公司致力于在海事領域開發環保技術。


氨的優點


氨在農業部門主要用作肥料。然而,它也可以作為一個高品質的能源載體。IMM能源部主任兼研究所副所長GuntherKolb教授解釋說:“氨比氫有顯著的優勢。氫必須以液體的形式儲存在-253攝氏度,或以氣體的形式儲存在700巴左右的壓力下。而液氨在標準壓力-33攝氏度下或900帕+20攝氏度下更容易儲存。這使得儲存和運輸這種能源載體變得相當簡單和直接。”


氨在氨裂解爐中分解成氮和氫,后者隨后在燃料電池中燃燒產生電能。催化轉化器可確保不會產生有害的氮氧化物,唯一的最終產品是水和氮氣。


燃料電池和催化轉化器的工作原理


從氨中發電的過程與氫基發電廠的功能相似。首先,氨(NH3)被送入裂變反應堆,在那里它被分解成氮氣(N2)和氫氣(H2),75%的氣體由氫組成,少量氨(NH3,100ppm)未轉化并留在氣流中。


其次,氮氣和氫氣被送入燃料電池,空氣被引入,讓氫氣燃燒并形成水,這個過程會產生電能。然而,氫并沒有在燃料電池中完全轉化。大約12%的氫和一些殘留的氨使燃料電池沒有損壞。然后,這些殘渣被送入FraunhoferIMM開發的催化轉化器中。在這里,空氣被引入,殘余物與涂有一層含有鉑的催化顆粒粉末層的波紋金屬箔接觸,這會引發化學反應。最終,唯一的最終產品是水和氮氣。整個反應過程甚至不會產生對環境有害的氮氧化物。


IMM的研究小組也在開發含有催化劑的反應器,這種反應器是被動的。反應器控制溫度和氣體流量。例如,它會在發動機啟動前預熱催化劑,因為它在冷態時效率較低。為了使廢氣凈化過程盡可能高效,流經催化轉化器的氣體溫度可能在500攝氏度左右。


弗勞恩霍夫IMM的研究人員在開發反應器方面有幾十年的經驗,包括在運輸和移動領域廣泛應用的催化劑。總部位于美因茨的研究所有9個試驗臺,但凈化2兆瓦容量的氨燃料電池廢氣仍然是一項技術挑戰。“我們必須進一步發展現有的氨動力燃料電池技術,而且船上的催化轉化器顯然比普通汽車大得多。”科爾布說。


催化轉化器試驗臺:用于測試催化轉化器的所有功能及其在廢氣凈化中的效率。弗勞恩霍夫IMM總共有九個試驗臺。


項目的狀態


IMM團隊計劃在2021年底完成一個初始的小型原型,然后在2022年底完成一個實際尺寸的原型。2023年下半年,第一艘裝有氨動力燃料電池的船將把挪威船務公司艾德斯維克(Eidesvik)旗下的供應船“維京能源”號(VikingEnergy)出海。之后,其他類型的船只,如貨船,將配備氨動力燃料電池。


氨的未來潛力


氨由ShipFC財團的合伙人YARA提供。這家化工公司目前生產的氨占全世界使用量的三分之一。ShipFC項目使用“綠色”氨,即從可再生能源生產的氨。


ShipFC正為一艘此前被低估的能源航母打開重大機遇。IMM研究員GuntherKolb闡述道:“我們認為氨不是氫的直接競爭對手,而是可持續能源領域的一個額外選擇。憑借其儲能優勢,這項環保發電技術肯定能發揮作用。在船上使用它只是一個開始。”


氨的潛力也得到了政治層面的認可,歐盟為ShipFC項目提供了1000萬歐元的財政支持。


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