Energikonvertering ved Solid Oxide Electrolyser Cells
Energikonvertering ved Solid Oxide Electrolyser Cells Energikonvertering ved Solid Oxide Electrolyser Cells
KAPITEL 3. SOEC-TEKNOLOGI to forskellige reaktioner der kan forløbe sideløbende med metanolfremstilling. I reaktionen dannes brint og kuldioxid: CO + H2O → CO2 + H2 (3.40) I den efterfølgende sidereaktion benyttes det fremkomne CO2 i reaktion 3.40 og de 3 mol H2 fra reaktion 3.42. Udfra reaktionen dannes metanol og vand: CO2 + 3H2 → C H3OH + H2O (3.41) Ved at køre disse to reaktioner bliver alt brinten udnyttet, men det kræver, at der er CO til rådighed. Ideelt set vil den anvendte CO2 i reaktion 3.41 kunne stamme fra røgen fra et kraftværk eller et bioetanolanlæg [Teknologirådet, 2006]. Denne reaktion har dog kun et meget begrænset udbytte, idet det er en meget lille andel, der bliver til metanol. En optimering af denne reaktion vil være ideel, da en større del af drivhusgassen CO2, vil indgå i reaktionen til dannelse af metanol. Hvis der produceres metan i elektrolysen, kan det, hvis det er nødvendigt, omdannes til syntesegas. Her beskrives tre kommercielle metoder til at omdanne metan til en syntesegas. At omdanne metan via syntesegas til metanol er dog et fordyrrende led fremfor for at anvende metan direkte. Den første reaktion 3.42 er en dampreformering: C H4 + H2O(d amp) → CO + 3H2(endoter m) (3.42) Reaktion 3.42 er endoterm og foregår ved et tryk på 1 - 2 MPa og ca. 850 ◦ C. Den næste reaktion for omdannelsen til syntegas er en partiel oxidation, hvor der under reaktionen er mangel på ilt. Omdannelsen til syntesegas foregår ved brug af en nikkel-baseret katalysator under følgende reaktion. 2C H4 +CO2 → 2CO + 4H2(exoter m) (3.43) Den sidste reaktion er en kombination af reaktion 3.42 og 3.43. De kan kombineres, så reaktion 3.42, der er endoterm, anvender den varme, der er skabt under den exoterme reaktion, 3.43. Reaktionen, der kombinerer 3.42 og 3.43 er en damp-metan reaktion og kaldes for en autotermisk reaktion, da energiforbruget til den endoterme reaktion ophæves af energiproduktionen i den exoterme reaktion. Metanols anvendelsesmuligheder Nedenfor bliver anvendelsesmulighedene for metanol opstillet på punktform, hvorefter punkterne bliver beskrevet: • Ren metanol i forbrændingsmotor • Konvertering til biodiesel • Konvertering til DME • Konvertering til MTBE (Methyl-tertiær-buthylether) • Konvertering til polymerer/syntetisk benzin • Metanol/vand til brændselsceller (DMFC) • Reformering til brint 36
3.7. ANVENDELSE AF ELEKTROLYSEPRODUKTER Metanol som brændstof Metanolen kan anvendes som brændstof i forbrændingsmotorer og i metanolbrændselsceller (DM- FC), se appendiks B.2. Skal metanol anvendes uden opblanding i forbrændingsmoter kræver det en mindre modificering af motoren med udskiftning af eksempelvis slanger, da metanol er en syre og derfor virker ætsende på gummi. I dag er det muligt at køre med iblanding af 3% metanol i konventionel benzin, før motorproducenternes garanti ikke længere dækker for skader forårsaget af metanolen. Ulempen ved metanol er i behovet for omdesign af motoren, samt en lav brændværdi på ca. 20 MJ pr. liter mod benzins ca. 45 MJ pr. liter. Fordelen er metanols store iltindhold, der giver en let og ren forbrænding. Metanol kan benyttes i fremstillingen af biodiesel udfra både vegatabilske og animalske olier. Forsimplet sker konverteringen under følgende proces: DME Met anol + Tr i g l ycer i d → Gl ycer ol + Bi odi esel (3.44) Metanol kan konverteres til DME (dimethylæter) under følgende katalystiske højtryksproces 2C H3OH → C H3OC H3 + H2O (3.45) Det er først indenfor nyere tid, det er blevet klart, at DME kan anvendes som brændstof i konventionelle dieselbiler. Det er i dag muligt at ombygge dieselmoterer til brug af ren DME som brændstof, men i praksis er modificeringen af dieselmotoren endnu for dyr. Der er flere fordele forbundet med at køre på DME. Forbrændingen danner ikke partikler og brugen er dermed med til at nedsætte luftforureningen [Biopress.dk, 2005]. Den rene forbrænding skyldes et højt iltindhold, et lavt indhold af kulstof relativt til brint og ingen direkte bindinger mellem kulstofatomer i DME-molekylet [Oliebranchen.dk 1, 2008]. En anden fordel er, at DME har et højt cetantal, der gør, at det selvantender ved lave temperaturer i motoren. Samtidig er det høje cetantal med til at reducere støjen fra motoren samt problemer ved koldstart. Derudover har DME et højt damptryk, der gør, at det fordamper momentant efter indsprøjtning i motoren [Oliebranchen.dk 1, 2008]. Brugen af DME har også visse ulemper. DME skal holdes under tryk ved ca. stuetemperaturer for at være på væskeform. Det er med til at besværliggøre håndteringen af stoffet og implementere det i infrastukturen. Det kræver en tryksætning på ca. 20 MPa for at det kan iblandes dieselolie. Derudover kan DME blive eksplosivt ved opbevaring i længere tid, da der dannes peroxider. MTBE Methyl tertiær buthylether (MTBE) anvendes i dag til at højne oktantallet i benzin. MTBEs oktantal er 117. Det er i dag tilladt at iblande op til 15% MTBE i konventionelle brændstoffer. Med MTBE iblandet benzin opnås følgende forbedringer: MTBE medvirker til at reducere udslippet af skadelige stoffer ved forbrænding i motoren, da MTBE hjælper til en mere fuldstændig forbrænding. Specielt udslippet af CO nedsættes. Derudover har MTBE en lav vandopløselighed (til forskel fra etanol og metanol), som er mindre ødelæggende for motorens komponenter og øger derudover ikke fordampningen af benzin på samme måde som etanol. Det er alt sammen egenskaber, der gør problemerne ved håndteringen 37
- Page 1: Energikonvertering ved Solid Oxide
- Page 5: Forord Denne rapport er udarbejdet
- Page 8 and 9: - forsat fra foregående side Symbo
- Page 10 and 11: INDHOLDSFORTEGNELSE 7 Konklusion 79
- Page 12 and 13: eguleres. Der er derfor lagrings- o
- Page 14 and 15: KAPITEL 1. INDLEDNING kan indgå i
- Page 16 and 17: KAPITEL 1. INDLEDNING mulere flere
- Page 19 and 20: Kapitel 3 SOEC-teknologi Som muligh
- Page 21 and 22: 3.3. ELEKTROLYSE AF KULDIOXID OG VA
- Page 23 and 24: 3.3. ELEKTROLYSE AF KULDIOXID OG VA
- Page 25 and 26: 3.3. ELEKTROLYSE AF KULDIOXID OG VA
- Page 27 and 28: 3.4. ELEKTRISK MODSTAND I CELLEN 3.
- Page 29 and 30: 3.5. TERMODYNAMIK I SOEC Tabel 3.2:
- Page 31 and 32: 3.5. TERMODYNAMIK I SOEC Da energio
- Page 33 and 34: 3.6. VIRKNINGSGRADER kan distrueres
- Page 35: 3.7. ANVENDELSE AF ELEKTROLYSEPRODU
- Page 39 and 40: Kapitel 4 SOEC-anlæg I dette afsni
- Page 41 and 42: 4.1. OPBYGNING AF SOEC-ANLÆG Ved (
- Page 43 and 44: 4.2. PRODUKTIONSPRIS FOR BRINT Figu
- Page 45 and 46: 4.3. BEREGNING AF OPSTARTSTID • D
- Page 47 and 48: 4.3. BEREGNING AF OPSTARTSTID Dette
- Page 49 and 50: 4.3. BEREGNING AF OPSTARTSTID hvor
- Page 51 and 52: 4.3. BEREGNING AF OPSTARTSTID 4.3.1
- Page 53 and 54: 4.3. BEREGNING AF OPSTARTSTID Af fi
- Page 55 and 56: 4.4. ELEKTRISK ENERGIKONVERTERING T
- Page 57 and 58: 4.4. ELEKTRISK ENERGIKONVERTERING i
- Page 59 and 60: Kapitel 5 Modellering af SOEC Dette
- Page 61 and 62: 5.3. MODEL FOR ELNETTET 5.3 Model f
- Page 63 and 64: 5.3. MODEL FOR ELNETTET I den førs
- Page 65 and 66: 5.4. MODEL AF SOEC-ANLÆG 5.4.1 Opb
- Page 67 and 68: 5.4. MODEL AF SOEC-ANLÆG Figur 5.8
- Page 69 and 70: 5.4. MODEL AF SOEC-ANLÆG ved en ma
- Page 71 and 72: 5.6. SYSTEMVIRKNINGSGRAD Det ses fr
- Page 73 and 74: Kapitel 6 Økonomisk betragtning Ø
- Page 75 and 76: 6.2. INDTÆGTER fra 15 ◦C til 400
- Page 77 and 78: 6.4. RESULTATDISKUSSION Ud fra form
- Page 79 and 80: Kapitel 7 Konklusion I rapportens i
- Page 81 and 82: Kapitel 8 Perspektivering I 1960’
- Page 83: 8.2. PLACERING Tabel 8.1: Fordele o
KAPITEL 3. SOEC-TEKNOLOGI<br />
to forskellige reaktioner der kan forløbe sideløbende med metanolfremstilling. I reaktionen dannes<br />
brint og kuldioxid:<br />
CO + H2O → CO2 + H2<br />
(3.40)<br />
I den efterfølgende sidereaktion benyttes det fremkomne CO2 i reaktion 3.40 og de 3 mol H2 fra reaktion<br />
3.42. Udfra reaktionen dannes metanol og vand:<br />
CO2 + 3H2 → C H3OH + H2O (3.41)<br />
Ved at køre disse to reaktioner bliver alt brinten udnyttet, men det kræver, at der er CO til rådighed.<br />
Ideelt set vil den anvendte CO2 i reaktion 3.41 kunne stamme fra røgen fra et kraftværk eller et bioetanolanlæg<br />
[Teknologirådet, 2006]. Denne reaktion har dog kun et meget begrænset udbytte, idet det er en<br />
meget lille andel, der bliver til metanol. En optimering af denne reaktion vil være ideel, da en større<br />
del af drivhusgassen CO2, vil indgå i reaktionen til dannelse af metanol.<br />
Hvis der produceres metan i elektrolysen, kan det, hvis det er nødvendigt, omdannes til syntesegas.<br />
Her beskrives tre kommercielle metoder til at omdanne metan til en syntesegas. At omdanne metan<br />
via syntesegas til metanol er dog et fordyrrende led fremfor for at anvende metan direkte. Den første<br />
reaktion 3.42 er en dampreformering:<br />
C H4 + H2O(d amp) → CO + 3H2(endoter m) (3.42)<br />
Reaktion 3.42 er endoterm og foregår <strong>ved</strong> et tryk på 1 - 2 MPa og ca. 850 ◦ C. Den næste reaktion for<br />
omdannelsen til syntegas er en partiel oxidation, hvor der under reaktionen er mangel på ilt. Omdannelsen<br />
til syntesegas foregår <strong>ved</strong> brug af en nikkel-baseret katalysator under følgende reaktion.<br />
2C H4 +CO2 → 2CO + 4H2(exoter m) (3.43)<br />
Den sidste reaktion er en kombination af reaktion 3.42 og 3.43. De kan kombineres, så reaktion 3.42,<br />
der er endoterm, anvender den varme, der er skabt under den exoterme reaktion, 3.43.<br />
Reaktionen, der kombinerer 3.42 og 3.43 er en damp-metan reaktion og kaldes for en autotermisk<br />
reaktion, da energiforbruget til den endoterme reaktion ophæves af energiproduktionen i den exoterme<br />
reaktion.<br />
Metanols anvendelsesmuligheder<br />
Nedenfor bliver anvendelsesmulighedene for metanol opstillet på punktform, hvorefter punkterne<br />
bliver beskrevet:<br />
• Ren metanol i forbrændingsmotor<br />
• Konvertering til biodiesel<br />
• Konvertering til DME<br />
• Konvertering til MTBE (Methyl-tertiær-buthylether)<br />
• Konvertering til polymerer/syntetisk benzin<br />
• Metanol/vand til brændselsceller (DMFC)<br />
• Reformering til brint<br />
36
Change language