A tüzelőanyag-cella III.
2011/7-8. lapszám | netadmin | 8440 |
Figylem! Ez a cikk 14 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Cikkünk előző két részében ismertettünk néhány egyszerűbb, alacsony hőmérsékletű tüzelőanyag-cellatípust, és – esetenként – felhasználási lehetőségüket a megújuló energiák alkalmazásának p style=/spanterületén. Történt tehát már néhány utalás a gyako...
Cikkünk előző két részében ismertettünk néhány egyszerűbb, alacsony hőmérsékletű tüzelőanyag-cellatípust, és – esetenként – felhasználási lehetőségüket a megújuló energiák alkalmazásának p style=/spanterületén. Történt tehát már néhány utalás a gyakorlati alkalmazásokra, de most mégis érdemes részletesebben visszatérni erre a kérdésre.
Természetesen jól hangzanak a fejlesztések indoklására felhozott előnyös tulajdonságok, mindazonáltal mégis az érdekel minket elsősorban, hogy az előzetes számítások és a sikeresnek tekintett laboratóriumi kísérletek, mérések után vajon hogyan vizsgáznak a gyakorlatban ezek a berendezések.
Lássuk tehát a tüzelőanyag-cellákat (beleértve a ma már inkább akkumulátornak nevezett vanádium-oxidos redox cellát) a gyakorlatban! Két konkrét létesítést vizsgálunk meg az alábbiakban.
USA, San Diego, 2011. Biogáz által táplált (hidrogénes) tüzelőanyag-cellás energiatermelő rendszer 4,5 MW összteljesítménynyel. A rendszer három különböző teljesítményű egységből áll, melyek egyenként 2,8 MW, 1,4 MW és 300 kW teljesítménnyel bírnak. A tisztított biogáz a Point Loma-i szennyvíztisztítóból származik, és csővezetéken jut el a három különböző helyszínen telepített, „ultra-tiszta villamos energiát” fejlesztő kiserőműhöz, ahol belőle hidrogéngázt állítanak elő, melyet végül a cellatömbök használnak fel. Ez egyben azt is jelenti, hogy San Diego városa, mint a szennyvíztisztító üzemeltetője, jelentős bevételhez jut.
Valamint a levegő minőségének megóvása is megvalósul, hiszen a hidrogénes tüzelőanyag-cella (lásd cikkünk korábbi részeit), illetve az egész, köré épített villamosenergia-termelő rendszer elhanyagolható mennyiségű káros anyagot bocsát ki a környezetbe. A biogáz „hagyományos” elégetéséhez képest ez annyival kevesebb szennyezőanyagot jelent, mintha egy városban egy évre 1136 autót kivonnánk a forgalomból!
A 2,8 MW-os egység a kaliforniai egyetemre került, mely 2025-re szeretne teljesen „klíma-semlegesen” működni, s ennek az átalakításnak egyik fontos lépése a biogázzal táplált tüzelőanyag-cellás kiserőmű beépítése az energiarendszerbe. A kiserőmű által termelt hőt is felhasználják, mégpedig az épületek hűtésére. „Mellékesen” pedig az energiaellátás szünetmentesítése is megvalósulhat, hiszen amíg a gázellátás biztosított, addig a tüzelőanyag-cellás rendszer is működni fog. Az 1,4 MW-os egység egy szivattyúállomásra került, melynek folyamatos villamos energia-alapellátását biztosítja a nap 24 órájában. A hulladékhőt itt is hasznosítják a technológiában, ezzel is növelve a hatásfokot. A 300 kW-os egység pedig a szennyvíztisztítóba került, és a – saját maga által is felhasznált – biogáznak a tisztító rendszerét látja el folyamatosan villamos energiával.
Tüzelőanyag-cellatípusok
| Elnevezés | Elektrolit | Teljesítmény (W) | Működési hőmérséklet (°C) | Hatásfok (cella) | Hatásfok (rendszer) | Fejlesztés fázisa | Kölség (USD/W) |
| Fém hidrides | Vizes sóoldat | > -20 (50% Ppeak @ 0°C) | Kereskedelmi / Kutatási | ||||
| Elektro-galván | Vizes sóoldat | < 40 | Kereskedelmi / Kutatási | ||||
| Közvetlen hangyasavas (DFAFC) | Polimer membrán (ionomer) | < 50 W | < 40 | Kereskedelmi / Kutatási | |||
| Cink levegős | Vizes sóoldat | < 40 | Tömeggyártás | ||||
| Mikróbás | Polimer membrán (ionomer) vagy huminsav | < 40 | Kutatási | ||||
| Áramlásos mikróbás (UMFC) | < 40 | Kutatási | |||||
| Regeneratív | Polimer membrán (ionomer) | < 50 | Kereskedelmi / Kutatási | ||||
| Közvetlen bórhidrid | Vizes sóoldat | 70 | Kereskedelmi | ||||
| Alkáli | Vizes sóoldat | 10 – 100 kW | < 80 | 60–70% | 62% | Kereskedelmi / Kutatási | |
| Közvetlen metanolos | Polimer membrán (ionomer) | 100 mW – 1 kW | 90–120 | 20–30% | 10–20% | Kereskedelmi / Kutatási | 125 |
| Reformált metanolos | Polimer membrán (ionomer) | 5 W – 100 kW | 250–300 (Reformeres) 125–200 (PBI) | 50–60% | 25–40% | Kereskedelmi / Kutatási | |
| Közvetlen etanolos | Polimer membrán (ionomer) | < 140 mW/cm² | > 25 ? 90–120 | Kutatási | |||
| Proton cserélő membrános | Polimer membrán (ionomer) | 100 W – 500 kW | 50–120 (Nafion) 125–220 (PBI) | 50–70% | 30–50% | Kereskedelmi / Kutatási | 30–35 |
| Regeneratív redox | Folyadék elektrolit kétirányú redox átalakulással és polimer membrán (ionomer) | 1 kW – 10 MW | Kutatási | ||||
| Foszforsavas | Foszforsav (H3PO4) | < 10 MW | 150-200 | 55% | 40% | Kereskedelmi / Kutatási | 4–4.50 |
| Co-Gen: 90% | |||||||
| Olvadt karbonátos | Olvasztott sóoldat (karbonát) | 100 MW | 600-650 | 55% | 47% | Kereskedelmi / Kutatási | |
| Csöves oxidos (TSOFC) | O2--átvezető kerámia oxid | < 100 MW | 850-1100 | 60–65% | 55–60% | Kereskedelmi / Kutatási | |
| Proton kerámia | H+-átvezető kerámia oxid | 700 | Kutatási | ||||
| Közvetlen szenes | Többféle | 700-850 | 80% | 70% | Kereskedelmi / Kutatási | ||
| Planár oxidos | O2--átvezető kerámia oxid | < 100 MW | 500-1100 | 60–65% | 55–60% | Kereskedelmi / Kutatási | |
| Enzimes biológiai | Bármi, ami nem roncsolja az enzimet | < 40 | Kutatási | ||||
| Magnézium-levegő | Sós víz | -75 | 90% | Kereskedelmi / Kutatási |
A következő 10 évben San Diego 2,6 millió dollár bevételt vár a biogáz eladásából, továbbá 780 000 dollár megtakarítást, mely a szivattyútelep villanyszámlájának értéke. A biogázt a korábban a földgáz továbbítására kiépített csővezetéken juttatják el a különböző helyszínekre. Kína, Zhangbei, 2011. A kínai Nemzeti Szélenergia Integráció Kutató és Vizsgáló Központban ez év márciusában telepítettek egy 1 MWh tárolási kapacitású, 500 kW névleges teljesítményű, 750 kW impulzusszerű csúcsteljesítményt is kibocsátani képes VRB-ESS (Vanadium Redox Battery – Energy Storage System) vanádium redox akkumulátoros villamos energiatároló rendszert.
A rendszer 175 kW-os blokkokból épül fel, melyeket a gyártó amerikai cég még a kiszállítás előtt kipróbált, és ezzel jelentősen csökkentette a helyszíni üzembe helyezési időt és költségeket. A VRB-s energiatároló egy 78 MW-os szélgenerátoros és 640 kW-os fotovillamos erőművet tartalmazó kísérleti rendszerre csatlakozik, amelyen a kutatók vizsgálni tudják a megújuló energiás rendszer és a hálózat viselkedését, az összekapcsolási és rendszerirányítási kérdéseket.
És természetesen rengeteg mérést tudnak végezni, „élesben”, valós körülmények között. Itt megemlítjük a VRB azon fontos tulajdonságát, hogy a töltés és a kisütés közötti átkapcsolás mindössze néhány ms nagyságrendű, ezért szünetmentes táplálás megvalósítására az ilyen típusú akkumulátor kiválóan alkalmas. És még egy – jelenleg felülmúlhatatlan – fontos tulajdonság: a VRB (bizonyítottan!) 14 ezer töltéskisütési ciklust bír ki, ahol a kisütés akár 20%-ig lemehet. Összehasonlításul: az ólomakkumulátorokat csak 80%-ig kisütve is mindössze 1000-1500 ciklust kapunk, s ha a kisütést növeljük, az élettartam exponenciálisan csökken.
A számok azt mutatják, hogy 1-2 évre (gyakorlatilag az első ólomakkutelep élettartamáig) olcsóbb az ólomakkumulátoros energiatároló telepítése és üzeme, de onnantól kezdve egyértelműen a vanádiumos technológia a nyerő. Márciusi hír, hogy kutatóknak – sósavat keverve a kénsav elektrolitba – sikerült 70%-kal növelni a vanádiumos cella fajlagos energiatároló képességét. Sőt, a módosítással a cella – eredetileg kissé szűkre szabott – működési hőmérséklettartománya is nőtt. E két paraméter javulása jelentősen kiszélesíti a cella felhasználási lehetőségeit: jobban tud alkalmazkodni az éghajlati és környezeti viszonyokhoz, s nagyobbak a felhasználási lehetőségek a járműipar területén is.
| A VRB technológia jövője VRB technológia az elmúlt hónapokban is sokat fejlődött, s még rengetegfajta cella fejlesztése és kipróbálása folyik. Ezért a fenti két példa után röviden bemutatom, amiről most nem volt mód, vagy most még nem volt érdemes írni: közlöm a Wikipédia segítségével a jelenleg ismert tüzelőanyag-cellatípusok táblázatát. Látható, hogy a kutatások sok irányban folynak, s a tüzelőanyag-cellákról még biztosan sokat fogunk hallani, méghozzá a közeli jövőben. |
