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世界上第一艘配备氨基燃料电池的船

2021-05-31 12:50:41 常州友邦船业股份有限公司 阅读

大家都知道汽车污染排放严重,其实航运同样产生污染,每年海上运输会排放数亿吨的CO 2(二氧化碳),对气候同样造成不可逆转的危害。因此世界各地的科学家积极探索寻找能够替代船上燃料油的新推进方法,来缓解海运带来的环境破坏。

德国弗劳恩霍夫研究人员正在以开发基于氨的燃料电池。当氨气用作电动船的燃料时,氨与氢一样对环境非常清洁,但更易于操作和安全。

氢资源利用大家都熟知,氢是可持续能源领域的主要焦点:氢已经为公交车,商用车乃至汽车提供燃料。但是,位于美因兹的弗劳恩霍夫微工程与微系统研究所IMM正在研究另一种有希望的可能性。作为ShipFC项目的一部分,弗劳恩霍夫研究所(Fraunhofer Institute)与13个欧洲财团合作伙伴合作开发了世界上第一个用于运输的氨基燃料电池。

弗劳恩霍夫研究人员负责开发催化转化器,该催化转化器可防止产生有害气候的排放物,从而提高空气质量。

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Eidesvik船运公司的Viking Energy船将是世界上第一艘配备氨基燃料电池的船。

海上运输是造成温室气体排放的主要因素。根据德国环境署(UBA)提供的信息,目前全球海洋中的海上运输约占全球CO 2排放量的2.6%。2015年,大约排放了9.32亿吨CO 2,并且这个数字每年都在增加。显然,对环境的破坏日益严重,急需采取新的对策改变这些现状。

ShipFC项目中证明新的无排放推进技术即使在大型船舶和长途航行中也能安全,可靠且平稳地运行。该项目由来自挪威的NCE Maritime Cleantech协调,该组织旨在在海运领域开发环保技术。

燃料电池是无污染的电源,可将化学能高效转换为电能,并实现零排放。燃料电池汽车,卡车和公共汽车将使人们能够以便捷的加油和更少的碳足迹长途旅行。

氨的优点

氨在农业部门用作肥料非常有名。其实它也可以用作高质量的能量载体。氨比氢具有很明显的优势。氢必须以-253摄氏度的液体形式存储,或在700 bar的压力下存储。液态氨可以在标准压力下在-33摄氏度的合理温度下存储,在9 bar下可以在+20摄氏度的合理温度下存储。这使得这种能量载体的存储和运输变得更加容易和直接。

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氨裂化器中的氨被分解成氮气和氢气。后者然后在燃料电池中燃烧以发电。催化转化器确保不会产生有害的氮氧化物。唯一的最终产品是水和氮气,是其他再生生物燃料无法比拟的。

燃料电池和催化转化器工作原理

由氨产生电力的过程的功能类似于基于氢的发电厂。首先,将氨(NH3)送到裂变反应器中,在其中将其分解为氮气(N 2)和氢气(H2)。75%的气体由氢气组成。氨少量(NH3,100ppm得)不被转换并在气流中留存下来。

其次,将氮气和氢气送入燃料电池,然后引入空气,使氢气燃烧并形成水。这产生电能,但是,氢在燃料电池中并未完全转化。约12%的氢气和一些残留的氨不燃烧燃料电池。然后将这些残留物供入Fraunhofer IMM开发的催化转化器中。在此引入空气,并使残留物与涂有含铂催化颗粒粉末层的波纹金属箔接触。这会触发化学反应。最终产品是水和氮气。最佳的反应过程甚至不会产生对环境有害的氮氧化物。

IMM的研究小组也正在开发包含催化剂的反应器,该催化剂具有被动功能。反应器控制温度和气流。例如,它在发动机启动之前就将催化剂预热,因为冷时效率较低。Kolb解释说:“为了使废气净化过程尽可能高效,流经催化转化器的气体温度可能应该在500摄氏度左右。”

催化转化器测试台:用于测试催化转化器的所有功能及其在废气净化中的效率。Fraunhofer IMM共有9个试验台。

弗劳恩霍夫(Fraunhofer)IMM研究人员在开发反应器(包括用于交通运输领域的各种应用的催化剂)方面拥有数十年的经验。这家位于美因茨的研究所拥有9个试验台,但是从容量为2兆瓦的氨燃料电池中净化废气对技术还有非常强的挑战。Kolb说:“我们必须进一步开发现有的以氨为动力的燃料电池技术,而且船用催化转化器显然比普通汽车大得多。”

氨的未来潜力

氨由ShipFC联盟的合作伙伴YARA提供。该化学公司目前生产全世界使用的氨的三分之一。ShipFC项目使用“绿色”氨,即从可再生能源产生的氨。

氨气的发展潜力得到欧洲联盟为ShipFC项目提供了1000万欧元的财政支持,为了氨气开发利用提供更多保障。

以前被低估的能源载体即将重新打新大机遇。氨不是氢的直接竞争者,而是可持续能源领域的另一选择。凭借其储能优势,这种环保的发电技术无疑可以发挥作用。在船上使用它仅仅是个开始。未来会应用更多的行业以及交通运输上。