Высокоэффективные системы на основе аммиака для экологически чистого энергоснабжения.
В будущем аммиак может сыграть решающую роль в переходе от ископаемого топлива к безвредным для климата альтернативам — при условии, что он будет производиться, например, из зеленого водорода с использованием возобновляемых источников энергии. Аммиак легко хранить и транспортировать.
Исследователи Фраунгоферовского института микроинженерии и микросистем IMM разрабатывают системы на основе аммиака для мобильного децентрализованного энергоснабжения в инфраструктуре, на транспорте и в промышленности. Различные исследовательские проекты будут впервые представлены на Hannover Messe Preview 15 февраля 2023 года.
Осуществление энергетического перехода является огромной проблемой для всех секторов промышленности, использующих большое количество ископаемого топлива, таких как транспорт, логистика и производственная промышленность. В настоящее время энергетические потребности этих секторов в основном удовлетворяются за счет ископаемого топлива, которое необходимо заменить регенеративным электричеством или регенеративным топливом.
Исследователи Fraunhofer IMM в Майнце работают над мобильным, децентрализованным обеспечением и хранением электроэнергии из устойчивых источников. Доктор Гюнтер Кольб, глава отдела энергетики и заместитель директора института Fraunhofer IMM, объясняет: «Альтернативой ископаемым видам топлива является топливо, преобразующее энергию в X, которое синтезируется из водорода на основе электролиза . Топливом X в настоящее время является сам водород».
«Однако, прежде чем водород можно будет широко использовать в качестве источника энергии, необходимо преодолеть ряд значительных препятствий в плане его транспортировки и хранения. К ним относятся либо высокие требования к площади для его хранения, либо другие энергетически невыгодные условия. Аммиак (NH3) может стать альтернативным решением, позволяющим легко хранить и транспортировать необходимый водород».
Преимущества аммиака перед водородом
На сегодняшний день аммиак в первую очередь известен как исходный материал для сельскохозяйственных удобрений. Однако он также является высококачественным энергоносителем, особенно в качестве носителя для хранения водорода.
«Поскольку аммиак можно сжижать при умеренной температуре -33 °C, объемное содержание водорода в нем значительно выше, чем в сжатом водороде при давлении 700 бар. По сравнению с водородом сжиженный аммиак облегчает транспортировку больших объемов в любое место. Поскольку водород, полученный из аммиака, не содержит оксидов углерода или метана, он также свободен от парниковых газов », — объясняет Колб.
Зеленый крекинг-газ как топливный газ в производстве кирпича
Преобразование водорода в аммиак является жизнеспособным вариантом для его использования в качестве источника энергии как на месте для промышленных процессов в больших масштабах, так и на децентрализованной основе в секторе логистики. Однако аммиак не очень подходит для выработки энергии путем сжигания, поскольку он практически негорюч на воздухе.
«В реакторе крекинга аммиак можно разделить на азот и водород при применении подходящих катализаторов. Смесь аммиака, водорода и азота подходит для гомогенного сжигания и может использоваться в качестве источника энергии, известного как «Spaltgas», — говорит Колб. .
В рамках проекта Spaltgas исследователи Fraunhofer IMM и их партнеры по проекту разрабатывают технологию сжигания этой газовой смеси, которая будет использоваться в процессе обжига кирпича. Таким образом, аммиак из водорода, полученного с помощью электролиза, можно использовать для того, чтобы вся цепочка производства кирпича не содержала углекислого газа.
Аммиак как источник водорода для двигателей на топливных элементах
Аммиак также можно использовать для снабжения водородом наземных транспортных средств. Его можно преобразовать в водород прямо на заправочной станции с помощью децентрализованных установок. Это устраняет необходимость транспортировки сжатого и сжиженного водорода — дорогостоящего и сложного процесса.
С этой целью Fraunhofer IMM разрабатывает реактор крекинга на основе инновационной технологии катализаторов и технологии микроструктурированных реакторов. В этом реакторе из аммиака путем крекинга и последующей очистки производится чистый водород, который затем впрыскивается в топливные элементы PEM. Таким образом, водород для использования в транспортных средствах на топливных элементах можно экологически безопасно производить из аммиака прямо на заправочной станции.
«Используя отходящие газы короткоцикловой адсорбции (PSA, применяемые для очистки водорода) в качестве источника энергии для процесса крекинга, мы можем достичь эффективности 90 процентов по сравнению с 70 процентами, которые достигаются при применении традиционных технологий.»
«Кроме того, наш реактор AMMONPAKTOR намного компактнее, чем обычные реакторы, а это означает, что мы добились уменьшения размера на 90 процентов. Это особенно важно для мобильных и ограниченных по пространству приложений. Наконец, наша технология имеет меньший углеродный след по сравнению с электрическими концепции реактора с подогревом, потому что мы используем выхлопные газы процесса крекинга для производства необходимой энергии и никаких других источников», — объясняет Колб.
Реактор AMMONPAKTOR от Fraunhofer IMM, который финансировался землей Рейнланд-Пфальц из средств ERDF (Европейский фонд регионального развития), также является самым эффективным реактором в международном масштабе. Даже в своем первом поколении реактор крекинга достиг второй по величине удельной производительности водорода, когда-либо опубликованной, благодаря уникальной технологии Fraunhofer IMM.
Реактор крекинга второго поколения, который в настоящее время находится в процессе производства, имеет производительность 25 кг/ч аммиака и производит 70 кг очищенного водорода в сутки. Он будет выставлен на выставке Hannover Messe 2023.
В дополнение к снабжению водородом наземных транспортных средств аммиак также представляет интерес для морских силовых установок, поскольку в этом секторе невозможно достичь целей по сокращению выбросов CO 2 с использованием обычных видов топлива, и существует множество областей применения, где сжатый или сжиженный водород не может быть использован. используется как альтернатива. Так же, как и в реакторах Spaltgas, частично расщепленный аммиак можно сжигать в (корабельных) двигателях. Кроме того, в рамках проекта ShipFC Fraunhofer IMM сотрудничает с 13 европейскими партнерами по консорциуму для разработки первой в мире системы топливных элементов на основе аммиака для морских применений.
