使用氫氣發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生任何破壞氣候的排放。但儲(chǔ)存和運(yùn)輸氫氣帶來(lái)了技術(shù)挑戰(zhàn)�？紤]到這一點(diǎn)，弗勞恩霍夫（Fraunhofer）的研究人員使用氨作為起始材料，氨是一種更容易處理的氫衍生物。氨在高溫燃料電池堆中裂解，在此過(guò)程中產(chǎn)生的氫轉(zhuǎn)化為電能，過(guò)程的廢熱也可以加以利用。
人們對(duì)氫及其衍生物作為能源寄予厚望。它們?cè)诘聡?guó)聯(lián)邦政府國(guó)家氫戰(zhàn)略的能源轉(zhuǎn)型部分發(fā)揮著核心作用。氨（NH3）已被確定為具有特別高的潛力，因?yàn)闅涓菀滓园钡男问絻?chǔ)存和運(yùn)輸。來(lái)自德累斯頓弗勞恩霍夫陶瓷技術(shù)與系統(tǒng)研究所（Fraunhofer IKTS）的Laura Nousch教授和一組研究人員開(kāi)發(fā)了一種基于高溫燃料電池堆（固體氧化物燃料電池，SOFC）的演示器，該演示器可以使用氨直接高效地發(fā)電。電和熱在一個(gè)緊湊的系統(tǒng)中產(chǎn)生-沒(méi)有二氧化碳排放或其他有害的副產(chǎn)品。
氨變成氫，氫變成電
弗勞恩霍夫研究所（Fraunhofer）的研究員勞拉·諾施解釋了這種方法的優(yōu)點(diǎn)：“氨在化學(xué)工業(yè)中已經(jīng)使用了幾十年，例如生產(chǎn)肥料，所以處理這種物質(zhì)有既定的和熟悉的過(guò)程。然而，它仍然需要謹(jǐn)慎對(duì)待。氨作為氫的載體，能量密度高，同時(shí)也相對(duì)容易儲(chǔ)存和運(yùn)輸。氨是氣候友好型發(fā)電和熱能的理想起始材料�！�
在這個(gè)過(guò)程中，氨首先被調(diào)節(jié)并送入裂化裝置，在那里它被加熱到300攝氏度或更高的溫度。作為反應(yīng)，它分解成氫（H2）和氮（N2）。當(dāng)這個(gè)過(guò)程完成后，氮可以簡(jiǎn)單地與水蒸氣一起作為無(wú)害的廢氣釋放出來(lái)。然后，氫氣被送入高溫燃料電池（SOFC）。在陶瓷電解質(zhì)中，它流過(guò)陽(yáng)極，而氣流流過(guò)陰極。氫分裂釋放出從陽(yáng)極到陰極的電子。電流就是這樣開(kāi)始流動(dòng)的。除了水蒸氣，這種電化學(xué)反應(yīng)還產(chǎn)生熱能。這些熱量被用來(lái)保持裂解爐內(nèi)部的高溫，一部分作為廢熱釋放出來(lái)，能夠用于某些目的。
在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，弗勞恩霍夫研究所的研究人員利用了他們幾十年來(lái)在陶瓷燃料電池堆方面的專業(yè)知識(shí)。該團(tuán)隊(duì)能夠建造一個(gè)燃料電池演示器，在一個(gè)設(shè)備中處理將氨分解成氫并隨后從中發(fā)電的整個(gè)過(guò)程。
這種方法的效率與以天然氣為基礎(chǔ)的方法一樣，能夠達(dá)到60%，但不同的是，氨SOFC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單且堅(jiān)固。對(duì)于想要無(wú)碳排放發(fā)電但沒(méi)有連接到未來(lái)核心氫網(wǎng)絡(luò)的小型工業(yè)公司，或者希望向客戶提供綠色熱能的市政當(dāng)局和當(dāng)?shù)毓檬聵I(yè)公司來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)是完美的。通過(guò)這種方式，即使是大型船舶也可以配備以氨/氫為基礎(chǔ)的環(huán)保驅(qū)動(dòng)器。
定制燃料電池系統(tǒng)
裂化爐的溫度越高，分解成氫氣的氨就越多。反過(guò)來(lái)，在較低的溫度下，也就是略高于400攝氏度，相當(dāng)一部分氨仍然存在�！叭欢覀兊臏y(cè)試表明，在高溫燃料電池中，氨分子也會(huì)完全分解成氫。這甚至可以提高系統(tǒng)的整體性能，”諾施說(shuō)。這就為熱管理提供了多種選擇�！坝嗅槍�(duì)性的設(shè)計(jì)和智能熱管理與燃料電池堆的功率和尺寸等方面的其他修改相結(jié)合。因此，我們能夠?yàn)闅夂蛴押眯桶l(fā)電和供熱設(shè)計(jì)定制解決方案，特別是為中小型企業(yè)，”她解釋說(shuō)。
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