Energikonvertering ved Solid Oxide Electrolyser Cells

3.7. ANVENDELSE AF ELEKTROLYSEPRODUKTER
tetiske brændstoffer, ud fra en syntesegas. FT-metoden blev første gang anvendt i 1920’erne, da der
var petroleumsmangel i Tyskland. Opfinderne af metoden er Franz Fischer og Hans Tropsch.
Dannelsen af alkaner, der er den mest ønskede reaktion, sker vha. en katalysator, der kan være jern,
cobalt, nikkel eller ruthenium. Reaktionen forløber ved en temperatur på 150 − 300 ◦ C og et tryk på
mellem 101 Pa og op til 1013 Pa tryk. Ved højere tryk vil reaktionen forløbe hurtigere, men vil også
have en større omkostning. Her ses grundreaktionen for Fischer-Tropsch processen:
(2n + 1)H2 + nCO → Cn H2n+2 + nH2O (3.36)
hvor n er antallet af kulstofatomer. Slutprodukterne kan være jetbrændstof, syntetisk diesel og syntetisk
benzin. De uønskede restprodukter kan eksempelvis være metan, der fremkommer når n = 1.
Andre uønskede produkter er alken- og alkoholkæder men også voks og forskellige former for olier.
Temperatur og katalysator ændres alt efter hvilket slutprodukt, der ønskes. Styring af processen sker
efter følgende formel:
Wn
n = (1 + α)2 ·α (n−1)
(3.37)
hvor Wn er vægten af hydrocarbon molekylet, der inderholder n-antal kulstofatomer. Heraf kan længden
af alkanerne bestemmes og derved hvilket brændstof, der skal fremstilles.
α = Kædevækst sandsynligheden. Dvs. α primært er bestemt af katalysatoren og de specifikke reaktions
betingelser, såsom temperatur og tryk.
Fischer-Tropsch processens resultat kan optimeres ved at regulere parameterne tryk, temperatur og
katalysator alt afhængig af det ønskede slutprodukt [Oliebranchen.dk 3, 2008].
Syntetisk diesel kan iblandes konventionel diesel i ubegrænset mængde. Dieselen vil indeholde alkankæder,
der har mellem 10 og 15 kulstofatomer (C10H22 - C15H32. I modellen i kapitel 5 fremstilles
syntetisk diesel med kæder på 13 kulstofatomer, C13H28.
Vand-gas-skift reaktionen
En anden vigtig reaktion er en vand-gas-skift reaktion, der hjælper med at styre forholdet i syntesegassen
mellem brint og kulmonooxid. Reaktionen danner det uønskede kuldioxid, men er nødvendig
for at kunne ændre H2:CO -forholdet i syntesegassen. Eksempelvis ligger forholdet på ca. 0,7
ved kul som råmateriele, mens det ideelle forhold er omkring 2 [Steven og Zumdahl, 2007].
3.7.2 Metanolfremstilling
H2O +CO → H2 +CO2
(3.38)
Til metanolfremstilling anvendes syntesegas iform af H2 og CO. Metoden som beskirves her anvendes
også til konventionel fremstilling af metanol ud fra naturgas og kul. Kilden brugt til afsnittet 3.7 er [Lee
et al., 2008]. Elektrolyseprodukterne Kulmonooxid og brint kan omdannes til metanol ved følgende
kemiske reaktion:
CO + 2H2 → C H3OH (3.39)
Reaktionen foregår ved et tryk på 5-10 MPa og en temperatur på 250 ◦ C. Som katalysator for reaktionen
bruges et katalysatormix af kopper, zinkoxid og aluminium.
Under den endoterme reaktion, 3.42, fremkommer 3 mol H2 i syntesegassen. Dvs. der er overskud
af H2 i forhold til de 2 mol H2, der skal bruges til metanolomdannelsen i reaktion 3.39. Derfor kan der
med det overskydende H2 køres reaktioner sideløbende med metanol fremstillingen. Her beskrives
35