3D-печать деталей топливных элементов снижает затраты (значительно)

3D-печать деталей топливных элементов снижает затраты (значительно).

Mohawk Innovative Technology обращается к Velo3D, чтобы снизить стоимость воздуходувок для рециркуляции анодных газов на 60%.

Углеводороды хорошо известны тем, что при сжигании выделяют загрязняющие вещества. Однако, как теперь кажется, не всегда может оказаться необходимым сжигать их при получении энергии.

Многообещающим подходом, переходящим от стадии исследований к стадии коммерциализации, является технология твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Потенциал становится очевидным благодаря партнерству между Mohawk Innovative Technology и Velo3D.

Министерство энергетики США (DOE) в течение многих лет инвестировало в ТОТЭ (750 миллионов долларов с 1995 года, согласно их веб-сайту) в рамках продолжающихся усилий по декарбонизации производства энергии.

Министерство энергетики описывает ТОТЭ как электрохимическое устройство, которое производит электричество непосредственно в результате окисления углеводородного топлива (обычно природного газа), исключая при этом фактическую стадию сгорания. По сути, ТОТЭ действует как батарея с бесконечным сроком службы, которая постоянно перезаряжается – без сжигания газа, который ее заряжает.

Маленький корпус, большая выходная мощность

Хосе Луис Кордова, доктор философии, вице-президент по инжинирингу в Mohawk Innovative Technology Inc. (MITI), сказал:

Твердооксидные топливные элементы очень привлекательны, поскольку производят много энергии в очень маленьких упаковках.

Mohawk — 28-летняя компания из Олбани, штат Нью-Йорк, работающая над несколькими программами, финансируемыми Министерством энергетики, и специализирующаяся на «CleanTech» — разработке высокоэффективных, экономичных, экологически малоэффективных безмасляных турбомашин. продукция, включая турбогенераторы, использующие возобновляемые источники энергии, безмасляные турбокомпрессоры/нагнетатели и электродвигатели.

«ТОТЭ ​​компактны и могут быть изготовлены на заводе, а затем транспортированы на конкретную площадку, где они необходимы для поддержки производства распределенной энергии», — сказал Хосе Луис Кордова.

«Сравните это с обычной централизованной электростанцией мощностью в несколько мегаватт, на создание которой требуются миллиарды долларов и многие годы. ТОТЭ также очень эффективны. В отличие от обычной батареи, они не теряют заряд со временем, потому что, пока вы поставляете реагенты, вы можете продолжать электрохимические реакции практически бесконечно».

Хотя в 2019 году по всему миру было поставлено более 40 000 единиц топливных элементов мощностью 100 киловатт (каждый из которых способен обеспечить электроэнергией 50 домов), широкое внедрение этой технологии было ограничено из-за дороговизны производства многих компонентов ТОТЭ, а также из-за того, что эти компоненты изнашиваются. быстро выходят из строя благодаря воздействию тех самых газов, которые делают их работу столь эффективной.

Проблемы стоимости и долговечности

Чтобы помочь преодолеть такие проблемы, компания Mohawk спроектировала некоторые из этих критически важных деталей, обеспечивающих более длительный срок службы и большую эффективность. Одним из примеров является воздуходувка рециркуляции анодных отходящих газов (AORB) – важный компонент «баланса установки» (оборудования, поддерживающего топливную батарею ТОТЭ).

Во время работы каждый топливный элемент использует только около 70% подаваемого в него газа. Остальные примерно 30% проходят через систему вместе с водой (продуктом электрохимической реакции).

«Вы не хотите выбрасывать остатки газа или воды, вы хотите отправить их обратно в начало процесса», — сказал Хосе Луис Кордова. «И здесь на помощь приходит AORB; по сути, это компрессор или вентилятор низкого давления, который перерабатывает выхлопные газы и возвращает их в переднюю часть топливного элемента».

«Проектировщики балансовой установки ТОТЭ думали, что этот нагнетатель будет стандартным агрегатом», - сказал Хосе Луис Кордова (на типичной установке ТОТЭ мощностью 250 кВт будут использоваться два из них]).

«Но из-за присутствия в системе технологических газов традиционные воздуходувки имеют тенденцию к коррозии и разрушению; Водород в смеси разъедает сплавы, из которых изготовлены воздуходувки, а также повреждает магниты и электрические компоненты двигателей, приводящих в действие воздуходувки. Большинство воздуходувок также содержат смазочные материалы, например масло, которые также разлагаются».

«Таким образом, вы получаете воздуходувки с очень низкой надежностью, что составляет значительную часть балансовой стоимости установки, и ваш завод по производству ТОТЭ нуждается в капитальном ремонте каждые две-четыре тысячи часов».