Первый в мире высокотемпературный топливный элемент, работающий на аммиаке, для судоходства

Ежегодно сотни миллионов тонн CO2 выбрасываются морским транспортом, нанося серьезный вред климату. В то время как ученые всего мира испытывают новые двигательные установки, способные заменить мазут на судах, исследователи университета Фраунгофера работают в рамках международного консорциума по разработке топливных элементов на основе аммиака.

При использовании аммиака в качестве топлива для судов с электрическими двигателями, он не уступает по экологичности водороду, но при этом проще и безопаснее в обращении.

Преимущества аммиака как топлива

В настоящее время водород находится в центре внимания в области устойчивой энергетики: существуют планы по использованию водорода в качестве топлива для автобусов, коммерческого транспорта и даже автомобилей. Однако Институт микроинженерии и микросистем IMM им. Фраунгофера в Майнце работает над еще одной перспективной возможностью. В рамках проекта ShipFC Институт Фраунгофера сотрудничает с 13 европейскими партнерами по консорциуму с целью разработки первого в мире топливного элемента на основе аммиака для судоходства. Исследователи Фраунгофера отвечают за разработку каталитического нейтрализатора, предотвращающего образование выбросов, которые могли бы нанести вред климату.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Морской транспорт является основным источником выбросов парниковых газов. Согласно информации, предоставленной Немецким агентством по охране окружающей среды (UBA), в настоящее время на долю морского транспорта в мировом океане приходится около 2,6 % выбросов CO2. В 2015 году было выброшено около 932 миллионов тонн CO2, и эта цифра увеличивается с каждым годом. Очевидно, что необходимы срочные контрмеры.

Проект ShipFC призван доказать, что новая безэмиссионная двигательная технология работает безопасно, надежно и бесперебойно даже на больших судах и в длительных плаваниях. Проект координируется норвежской организацией NCE Maritime Cleantech, целью которой является разработка экологически чистых технологий в морском секторе.

Аммиак известен, прежде всего, как удобрение в сельском хозяйстве. Однако он может также функционировать в качестве высококачественного энергоносителя. Профессор Гюнтер Кольб (Gunther Kolb), директор энергетического подразделения и заместитель директора института IMM, объясняет: "Аммиак имеет значительные преимущества перед водородом. Водород должен храниться при температуре -253 градуса Цельсия в жидком виде или при давлении около 700 бар в виде газа. Жидкий аммиак можно хранить при разумной температуре -33 градуса Цельсия при стандартном давлении и +20 градусов при 9 бар. Это значительно облегчает и упрощает хранение и транспортировку данного энергоносителя".

Процесс производства электроэнергии из аммиака функционирует аналогично электростанциям на основе водорода. Сначала аммиак (NH3) подается в реактор деления, где он разделяется на азот (N2) и водород (H2). 75 % газа состоит из водорода. Небольшое количество аммиака (NH3, 100 ppm) не преобразуется и остается в газовом потоке.

Во-вторых, азот и водород подаются в топливный элемент, в него вводится воздух, что позволяет водороду гореть и образовывать воду. При этом вырабатывается электрическая энергия. Однако водород не полностью преобразуется в топливном элементе. Около 12 % водорода и некоторое количество остаточного аммиака оставляют топливный элемент несгоревшим. Этот остаток затем подается в катализатор, разработанный компанией Fraunhofer IMM. Здесь поступает воздух, и остаток контактирует с гофрированной металлической фольгой, покрытой порошковым слоем каталитических частиц, содержащих платину. Это вызывает химическую реакцию. В конечном итоге, единственными конечными продуктами являются вода и азот. Оптимальный процесс реакции не приведет даже к образованию экологически вредных оксидов азота.

Группа исследователей IMM также разрабатывает реактор, содержащий катализатор, который работает пассивно. Реактор контролирует температуру и поток газа. Например, он подогревает катализатор еще до того, как двигатели запустятся, так как он менее эффективен в холодное время года. "Температура газов, проходящих через каталитический нейтрализатор, должна быть, вероятно, около 500 градусов Цельсия, чтобы процесс очистки отработанных газов был как можно более эффективным", - объясняет Кольб.

Исследователи IMM из Фраунгофера имеют многолетний опыт разработки реакторов, в том числе катализаторов для самых разных областей применения в сфере транспорта и мобильности. Институт в Майнце располагает девятью испытательными установками, но очистка отработанного газа от аммиачных топливных элементов мощностью 2 мегаватт до сих пор является технологической проблемой. "Мы должны развивать нашу существующую технологию работы на аммиачных топливных элементах дальше, и каталитический нейтрализатор для судна, очевидно, намного больше, чем обычный двигатель", - говорит Кольб.

Команда IMM планирует закончить работу над первоначальным, небольшим прототипом к концу 2021 года, за которым последует прототип фактического размера к концу 2022 года.

 Во второй половине 2023 года первый корабль с топливным элементом, работающим на аммиаке, выйдет в море - " Энергия викингов", судно снабжения, принадлежащее норвежской судоходной компании " Eidesvik ". После этого другие типы судов, например, грузовые суда, будут оборудованы топливными элементами, работающими на аммиаке.

Аммиак поставляется компанией YARA, партнером в консорциуме ShipFC. В настоящее время химическая компания производит треть аммиака, используемого во всем мире. В проекте ShipFC используется "зеленый" аммиак, то есть аммиак, получаемый из возобновляемых источников энергии.

ShipFC открывает большие возможности для ранее недооцененного энергоносителя. Исследователь IMM Гюнтер Колб (Gunther Kolb) подробно останавливается на этом: "Мы рассматриваем аммиак не как непосредственного конкурента водорода, а как дополнительную опцию в области устойчивой энергетики. С его преимуществами в области хранения, эта экологически чистая технология производства электроэнергии, безусловно, играет свою роль". Использование ее на судах - это только начало".

Потенциал аммиака был также признан на политическом уровне: Европейский Союз выделил 10 миллионов евро на финансовую поддержку проекта ShipFC.опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com/

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet