Пак за водата
7 отговора
248 прегледа
в отговор на Nicolet Avatar
#2
Fuel Cells
На това нещо, Ева Соколова му вика "горивен елемент" - а по света "fuel cell". В Бг гореспомената дама първа се занимаваше с проблема преди може би вече 20 години - има и издадена популярна книжка по върпоса - превод от чужди източници.
В момента не знам как стои въпроса в Бг, но тук се работи много усилено.
Конкретната схема на това, което ти представяш е Protone Exchange Membrane Fuel Cell (PEM fuel cell).
Този тип работи при сравнително ниски температури.
В момента работя точно по този тип - с тази разлика, че използвам течен окислител... Повече засега няма да казвам. Интересна работа са горивните елементи.
Ето малко встъпителни думи:
In a conventional electrochemical fuel cell, there is a constant supply of fuel and oxidant fed into the anode and cathode compartment respectively. The gases flow pass the surface of the electrode that is located in their compartment, which oxidizes the fuel and reduces the oxidant. In doing this, an electric current is produced as the electrons obtained from the oxidation reaction travel through an external circuit to the cathode where they are used to perform the reduction reaction. The ionic charge produced through the electrochemical reactions are then conducted between the anode and cathode through the electrolyte, which is located between the electrodes (вж. фигурата). Through this process, electrical energy and heat are produced by directly converting the chemical energy of reaction associated with the production of water from hydrogen and oxygen.
There are currently several types of electrochemical fuel cells being researched such as the polymer electrolyte (PEFC), alkaline (AFC), phosphoric acid (PAFC), molten carbonated (MCFC), and solid oxide (SOFC) fuel cells. Characterization of these fuel cells is dependent on the type of electrolyte used in their construction. Since the electrolyte usually limits the characteristics of the fuel cell, each fuel cell will have its own advantages and disadvantages. For example, the solid electrolyte in SOFC eliminates concerns such as corrosion and electrolyte movement. At its high operating temperature of 1000 C, catalysts are not needed to reform the carbon monoxide fuel, but the selection of construction materials is limited and problems concerning mismatched thermal expansion coefficients become evident. The advantages and disadvantages of each fuel cell are being considered to determine their appropriate application whether it is in a power plant or vehicle (Hirschenhofer et al., 1994).
Цитатът е от една колежка в щатите, Tanya Chantawansri. Работата й не е публикувана, но тъй като това са само встъпителните думи, които са доста ясни, се надявам да не ме разпнете за плагиатство
.
Имам доста материал по въпроса - ако някой иска мога да кача един архив със статии на rapidshare.de
---
"Ти спомняш ли си тоз подлец?
Това бях
аз."
В момента не знам как стои въпроса в Бг, но тук се работи много усилено.
Конкретната схема на това, което ти представяш е Protone Exchange Membrane Fuel Cell (PEM fuel cell).
Този тип работи при сравнително ниски температури.
В момента работя точно по този тип - с тази разлика, че използвам течен окислител... Повече засега няма да казвам. Интересна работа са горивните елементи.
Ето малко встъпителни думи:
In a conventional electrochemical fuel cell, there is a constant supply of fuel and oxidant fed into the anode and cathode compartment respectively. The gases flow pass the surface of the electrode that is located in their compartment, which oxidizes the fuel and reduces the oxidant. In doing this, an electric current is produced as the electrons obtained from the oxidation reaction travel through an external circuit to the cathode where they are used to perform the reduction reaction. The ionic charge produced through the electrochemical reactions are then conducted between the anode and cathode through the electrolyte, which is located between the electrodes (вж. фигурата). Through this process, electrical energy and heat are produced by directly converting the chemical energy of reaction associated with the production of water from hydrogen and oxygen.
There are currently several types of electrochemical fuel cells being researched such as the polymer electrolyte (PEFC), alkaline (AFC), phosphoric acid (PAFC), molten carbonated (MCFC), and solid oxide (SOFC) fuel cells. Characterization of these fuel cells is dependent on the type of electrolyte used in their construction. Since the electrolyte usually limits the characteristics of the fuel cell, each fuel cell will have its own advantages and disadvantages. For example, the solid electrolyte in SOFC eliminates concerns such as corrosion and electrolyte movement. At its high operating temperature of 1000 C, catalysts are not needed to reform the carbon monoxide fuel, but the selection of construction materials is limited and problems concerning mismatched thermal expansion coefficients become evident. The advantages and disadvantages of each fuel cell are being considered to determine their appropriate application whether it is in a power plant or vehicle (Hirschenhofer et al., 1994).
Цитатът е от една колежка в щатите, Tanya Chantawansri. Работата й не е публикувана, но тъй като това са само встъпителните думи, които са доста ясни, се надявам да не ме разпнете за плагиатство
.
Имам доста материал по въпроса - ако някой иска мога да кача един архив със статии на rapidshare.de
---
"Ти спомняш ли си тоз подлец?
Това бях
аз."
в отговор на Ra4O Kowa4a
#4
Re: Fuel Cells
Всъщност статиите, които имам, са доста тясно-специализирани, а по темата за горивните елементи има просто стотици статии, затова е по-добре да дам някоя добра книга.
Fuel Cells Handbook. 6th ed., 2002.
Книжката е на английски и е просто безценна за някой, който иска да се занимава с въпроса
Първата глава представя кратък обзор на видовете, свойствата, предимствата и недостатъците на отделните видове Г.Е.
Аз ще добавя няколко допълнителни думи за предимствата, недостатъците и предизвикателствата пред технологията на Г.Е.
Основно предимство:
1.Висока теоретична енергийна ефективност - много по-висока от тази на ДВГ, чиито к.п.д. се ограничава теоретично от цикъла на Карно до ок. 35%. В Г.Е. макс. теоретично к.п.д. може да достигне над 85%.
Това означава, че при изгарянето на еднакво количество гориво, енергията, която може да се отдели от един Г.Е. е повече от два пъти от тази в ДВГ или друга топлинна машина.
2.Екелогичност.
Към втората точка има две големи забележки:
-ако водородът се получава от природен газ, в атмосферата пак се отделя СО2 и
-извличането на платината за направа на катализаторите за Г.Е. е сложен, многостъпален процес, свързан с отделянето на големи количества отпадъци.
Недостатъци:
1. Висока цена - свързана най-вече с използването на Pt и други благородни метали като катализатор както на анода, така и на катода в повечето случаи.
-Работи се върху разработването на безкатализаторни Г.Е. - при които реакцията протича достатъчно бързо при висока температура и без катализатор.
-Друго решение, по-примамливо е използването на нови катализатори - например разл. съединения на преходните метали.
-Трето решение е свързано с използването на биологични системи (бактерии и/или ензими), в качеството им на биокатализатори на анодната и/или катодната реакция в т.нар. " biofuel cells"
Последните две направления са "нетрадиционни" и не са разгледани добре в книгата.
2. Поддържането на постоянен режим на работа за дълъг период (години) е проблемно.
3. Практическата ефективност на повечето Г.Е. се движи ок. 50% (макс. тероетична е над 85%)
- Ако към това се добави, че риформинга на природния газ - основния метод за получаване на водород в индустриални условия - е свързан с ок. 15% енергийни загуби, общата ефективност спада до ок. 35%. Т.е. близо до цикъла на Карно, но все още повече от ДВГ (реално кпд ок.20%). За сравнение: общата енергийна ефективност на един ТЕЦ на твърдо гориво е едва ок.15%, а на такъв с газ - ок. 35%.
Т.е. поне за момента Г.Е. не могат ефективно да се конкурират с други методи за "добиване" на енергия.
Възможно решение на въпроса е да се търся алтернативни източници на водород - напр. биопроцеси и да се работи върху повишаването на практическия кпд на Г.Е.
4. Отново "водороден проблем" - липсва развита инфраструктура за доставка на водород. Принципно този проблем е решим - тъй като предлагането зависи от търсенето.
5. Отново катализаторен проблем - може да се изчисли, че световните запаси от платина не са достатъчни за да покрият евентуалните нужди, ако Г.Е. почната масово да се използват в транспортните средства. За възможни решения - вж. точка 1.
Както виждате има много въпроси, по които да се работи - ако някой смята да се занимава с изследователска работа - тази област не е лош избор.
ПП: Ставам ли за даскал?
ППП: Много ми се доспа, ако нещо съм объркал някъде - кажете да видим какво е, че вече не ми е до писане.
---
"Ти спомняш ли си тоз подлец?
Това бях
аз."
Fuel Cells Handbook. 6th ed., 2002.
Книжката е на английски и е просто безценна за някой, който иска да се занимава с въпроса
Първата глава представя кратък обзор на видовете, свойствата, предимствата и недостатъците на отделните видове Г.Е.
Аз ще добавя няколко допълнителни думи за предимствата, недостатъците и предизвикателствата пред технологията на Г.Е.
Основно предимство:
1.Висока теоретична енергийна ефективност - много по-висока от тази на ДВГ, чиито к.п.д. се ограничава теоретично от цикъла на Карно до ок. 35%. В Г.Е. макс. теоретично к.п.д. може да достигне над 85%.
Това означава, че при изгарянето на еднакво количество гориво, енергията, която може да се отдели от един Г.Е. е повече от два пъти от тази в ДВГ или друга топлинна машина.
2.Екелогичност.
Към втората точка има две големи забележки:
-ако водородът се получава от природен газ, в атмосферата пак се отделя СО2 и
-извличането на платината за направа на катализаторите за Г.Е. е сложен, многостъпален процес, свързан с отделянето на големи количества отпадъци.
Недостатъци:
1. Висока цена - свързана най-вече с използването на Pt и други благородни метали като катализатор както на анода, така и на катода в повечето случаи.
-Работи се върху разработването на безкатализаторни Г.Е. - при които реакцията протича достатъчно бързо при висока температура и без катализатор.
-Друго решение, по-примамливо е използването на нови катализатори - например разл. съединения на преходните метали.
-Трето решение е свързано с използването на биологични системи (бактерии и/или ензими), в качеството им на биокатализатори на анодната и/или катодната реакция в т.нар. " biofuel cells"
Последните две направления са "нетрадиционни" и не са разгледани добре в книгата.
2. Поддържането на постоянен режим на работа за дълъг период (години) е проблемно.
3. Практическата ефективност на повечето Г.Е. се движи ок. 50% (макс. тероетична е над 85%)
- Ако към това се добави, че риформинга на природния газ - основния метод за получаване на водород в индустриални условия - е свързан с ок. 15% енергийни загуби, общата ефективност спада до ок. 35%. Т.е. близо до цикъла на Карно, но все още повече от ДВГ (реално кпд ок.20%). За сравнение: общата енергийна ефективност на един ТЕЦ на твърдо гориво е едва ок.15%, а на такъв с газ - ок. 35%.
Т.е. поне за момента Г.Е. не могат ефективно да се конкурират с други методи за "добиване" на енергия.
Възможно решение на въпроса е да се търся алтернативни източници на водород - напр. биопроцеси и да се работи върху повишаването на практическия кпд на Г.Е.
4. Отново "водороден проблем" - липсва развита инфраструктура за доставка на водород. Принципно този проблем е решим - тъй като предлагането зависи от търсенето.
5. Отново катализаторен проблем - може да се изчисли, че световните запаси от платина не са достатъчни за да покрият евентуалните нужди, ако Г.Е. почната масово да се използват в транспортните средства. За възможни решения - вж. точка 1.
Както виждате има много въпроси, по които да се работи - ако някой смята да се занимава с изследователска работа - тази област не е лош избор.
ПП: Ставам ли за даскал?
ППП: Много ми се доспа, ако нещо съм объркал някъде - кажете да видим какво е, че вече не ми е до писане.
---
"Ти спомняш ли си тоз подлец?
Това бях
аз."
Re: Fuel Cells
Super e. blagodaria za knijkata.
az iskam malko da zadulbaem kum prilojenieto na katalizatoite v t.nar. fuel cells.
dokolkoto mi e izvestno problema e che s postupvaneto na vodoroda v kletkata postupva i i izvestno kolichestvo CO koeto trovi elektrodite. za da se eliminira vuglerodniat oksid se prilagat selektivni katalizatori (Pt, a naposleduk i Au naneseni vurhu oksidi, kato naprimer CeO2), koito v smes ot H2 i CO da okisliavat samo CO do CO2 (t. nar. PROX). samo che se okazva che i tuk postiganeto na balans mejdu aktivnost i selektivnost na izsledvanite katalizatori ne e tolkova lesno.
az iskam malko da zadulbaem kum prilojenieto na katalizatoite v t.nar. fuel cells.
dokolkoto mi e izvestno problema e che s postupvaneto na vodoroda v kletkata postupva i i izvestno kolichestvo CO koeto trovi elektrodite. za da se eliminira vuglerodniat oksid se prilagat selektivni katalizatori (Pt, a naposleduk i Au naneseni vurhu oksidi, kato naprimer CeO2), koito v smes ot H2 i CO da okisliavat samo CO do CO2 (t. nar. PROX). samo che se okazva che i tuk postiganeto na balans mejdu aktivnost i selektivnost na izsledvanite katalizatori ne e tolkova lesno.
Re: Fuel Cells
perspektiven iztochnik na H2 (osven rayni eksotiki kato razlagane na metanol, metan i t.n.) mi se struva che moje da bude water gas shift reaction
H2O + CO - H2 + CO2
tuj kato vsichkite komponenti gi ima v sistemata. v niakoi sluchaj obache se poluchava nepriatnia efekt, che proticha obratnata reakcia i tova chuvstvitelno ponijava selektivnostta na katalizatora
H2O + CO - H2 + CO2
tuj kato vsichkite komponenti gi ima v sistemata. v niakoi sluchaj obache se poluchava nepriatnia efekt, che proticha obratnata reakcia i tova chuvstvitelno ponijava selektivnostta na katalizatora
в отговор на Nicolet Avatar
#7
СО и катализаторите
Тук ще отговоря и за двете ти теми:
"perspektiven iztochnik na H2 (osven rayni eksotiki kato razlagane na metanol, metan i t.n.) mi se struva che moje da bude water gas shift reaction
H2O + CO - H2 + CO2 "
Извинявай, че ще го кажа, но си личи, че имаш "чисто" химическо образование. Просто този процес е вторичен, той никога не би могъл да бъде директен източник на водород, след като СО не е естествена суровина.
В процеса получаването на водния газ (water shift reaction; methane reforming) се получава водород и въглероден монооксид.
CH4+H2O ->H2 + CO
После СО се окислява допълнително с вода по реацията, която ти си дал, давайки водород, ончеситен с СО - в много малко количества, но достатъчно за да отрови катализатора.
И двата процеса са каталитични - виж глава 8.1.1 в книжката...
Проблемът с СО и отравянето на катализаторите е стар - и се разглежда още от самото начало в науката на хетерогенната катализа. Защото тя почва от Бош-Хаберовия процес за синтез на амоняк от водород и азот с железен катализатор. Желязото много лесно се отравя дори от малки количества СО, много по-лесно от платината. Затова и методите за очистване на СО-то са много и всеки си има недостатъците.
Селективното каталитично окисление на СО до СО2 с катализаторите, които ти цитираш все още не е достатъчно ефетивно - поватарям те пак- не се постига пълно очистване, но не знам до колко ppm CO се достига. Знам, че в института по катализа към БАН работеха и сигурно още работят върху златни катализатори - но там по-скоро търсеха кат. за изгорелите газове от ДВГ.
Така или иначе, всички процеси на пречистване на водорода предхождат самия г.е.
Ако все пак водородът садържа СО, в нискотемпературните г.е. най-често се използва Pt/Ru - катализатор - нанесен върху графит (анод), а за катод се използва нанесена върху графит платина - в доста по-малко количество от тази на анода. Във високотемпературните г.е. (напр. solid oxide fuel cells) - това не се налага.
Проекта, по който работя обаче се концентрира повече върху катодния процес - редукцията - затова и не мога да ти помогна повече, а и не ми е позволено и да говоря за това, какво точно правим. Още повече, че работя от сравнително скоро и много неща са ми неясни.
Забележка:
Не мисля, че на български е правилно да се казва "горивна клетка". Използва се аналогията:
електролизна (електролитна) клетка (още "електролизьор")- консумира енергия
галваничен елемент - "произвежда" електричество.
На английски се казва просто "electrolytic"/"galvanic" (още "voltaic") cell - и затова и "fuel cell".
В българския названията идват от руски:
Электролизёр /Гальванический элемент и респективно,
"Топливный элемент"
---
"Ти спомняш ли си тоз подлец?
Това бях
аз."
"perspektiven iztochnik na H2 (osven rayni eksotiki kato razlagane na metanol, metan i t.n.) mi se struva che moje da bude water gas shift reaction
H2O + CO - H2 + CO2 "
Извинявай, че ще го кажа, но си личи, че имаш "чисто" химическо образование. Просто този процес е вторичен, той никога не би могъл да бъде директен източник на водород, след като СО не е естествена суровина.
В процеса получаването на водния газ (water shift reaction; methane reforming) се получава водород и въглероден монооксид.
CH4+H2O ->H2 + CO
После СО се окислява допълнително с вода по реацията, която ти си дал, давайки водород, ончеситен с СО - в много малко количества, но достатъчно за да отрови катализатора.
И двата процеса са каталитични - виж глава 8.1.1 в книжката...
Проблемът с СО и отравянето на катализаторите е стар - и се разглежда още от самото начало в науката на хетерогенната катализа. Защото тя почва от Бош-Хаберовия процес за синтез на амоняк от водород и азот с железен катализатор. Желязото много лесно се отравя дори от малки количества СО, много по-лесно от платината. Затова и методите за очистване на СО-то са много и всеки си има недостатъците.
Селективното каталитично окисление на СО до СО2 с катализаторите, които ти цитираш все още не е достатъчно ефетивно - поватарям те пак- не се постига пълно очистване, но не знам до колко ppm CO се достига. Знам, че в института по катализа към БАН работеха и сигурно още работят върху златни катализатори - но там по-скоро търсеха кат. за изгорелите газове от ДВГ.
Така или иначе, всички процеси на пречистване на водорода предхождат самия г.е.
Ако все пак водородът садържа СО, в нискотемпературните г.е. най-често се използва Pt/Ru - катализатор - нанесен върху графит (анод), а за катод се използва нанесена върху графит платина - в доста по-малко количество от тази на анода. Във високотемпературните г.е. (напр. solid oxide fuel cells) - това не се налага.
Проекта, по който работя обаче се концентрира повече върху катодния процес - редукцията - затова и не мога да ти помогна повече, а и не ми е позволено и да говоря за това, какво точно правим. Още повече, че работя от сравнително скоро и много неща са ми неясни.
Забележка:
Не мисля, че на български е правилно да се казва "горивна клетка". Използва се аналогията:
електролизна (електролитна) клетка (още "електролизьор")- консумира енергия
галваничен елемент - "произвежда" електричество.
На английски се казва просто "electrolytic"/"galvanic" (още "voltaic") cell - и затова и "fuel cell".
В българския названията идват от руски:
Электролизёр /Гальванический элемент и респективно,
"Топливный элемент"
---
"Ти спомняш ли си тоз подлец?
Това бях
аз."
Редактирано от Linjack на
Re: Fuel Cells
горивните клетки SOFC в момента са в застой, понеже са икономически неефективни (поне докато не свърши петролът). Мисля че проблемът идва от лесното отравяне на катализатора при наличие на замърсявания в горивото. Смяташ ли че все пак има начин в скоро време да се пръкне някоя по-изгодна технология с горивни клетки?