Wodorowi i jego pochodnym przypisuje się ogromny potencjał w transformacji energetycznej. W niemieckiej Narodowej Strategii Wodorowej szczególne miejsce zajmuje amoniak (NH₃), który wyróżnia się łatwością przechowywania i transportu wodoru.

Zespół prof. Laury Nousch z Instytutu Fraunhofera IKTS w Dreźnie stworzył prototyp oparty na wysokotemperaturowych ogniwach paliwowych (SOFC), zdolny do bezpośredniej konwersji amoniaku na energię elektryczną z wysoką wydajnością. To kompaktowe rozwiązanie generuje zarówno prąd, jak i ciepło, przy jednoczesnej zerowej emisji CO₂ i innych szkodliwych substancji.

Amoniak zamienia się w wodór, a wodór w energię elektryczną

– Amoniak jest stosowany w przemyśle chemicznym od dziesięcioleci, na przykład do produkcji nawozów, więc istnieją ustalone i znane procesy postępowania z tą substancją. Nadal jednak należy obchodzić się z nim ostrożnie. Jako nośnik wodoru, amoniak oferuje wysoką gęstość energii, a jednocześnie jest stosunkowo łatwy w przechowywaniu i transporcie. Amoniak jest idealnym materiałem wyjściowym do przyjaznego dla klimatu wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej – wyjaśnia Laura Nousch, badaczka z Fraunhofer.

W procesie tym amoniak, po odpowiednim przygotowaniu, trafia do krakera, gdzie podgrzewany do temperatury co najmniej 300°C ulega rozkładowi na wodór (H₂) i azot (N₂). Azot, wraz z parą wodną, jest odprowadzany jako bezpieczny produkt uboczny. Wodór natomiast kierowany jest do wysokotemperaturowego ogniwa paliwowego. Tutaj, w ceramicznym elektrolicie, przechodząc przez anodę, ulega rozszczepieniu, uwalniając elektrony. Te, przemieszczając się do katody, generują prąd elektryczny. Proces ten, oprócz energii elektrycznej, dostarcza również ciepło. Dodatkowe ciepło powstaje w wyniku dopalania.

– Ciepło jest wykorzystywane do utrzymania wysokiej temperatury wewnątrz krakera, a także jest uwalniane jako ciepło odpadowe. To ostatnie można następnie wykorzystać do celów takich jak ogrzewanie budynków – wyjaśnia Nousch.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Rynek

Energia elektryczna z bakterii z ludzkich jelit?

Listeria monocytogenes, Clostridium perfringens, Enterococcus faecalis lub Lactobacillus. To tylko kilka przykładów bakterii, jakie żyją w ludzkim organizmie, a które, według naukowców z Uniwersytetu w Berkeley, mogą być całkiem efektywnym źródłem energii.

Firmy

Amoniak jako rozwiązanie dla globalnej infrastruktury wodorowej

Wraz z rozwojem elektryfikacji, wodór będzie odgrywał kluczową rolę w transformacji energetycznej, począwszy od długoterminowego magazynowania energii, po molekularne zastąpienie wszystkich paliw kopalnych.

Wysoka wydajność na poziomie 60%

Projektując system, naukowcy z Fraunhofer IKTS wykorzystali swoje wieloletnie doświadczenie w pracy z ceramicznymi ogniwami paliwowymi. Zespół był w stanie zbudować demonstrator ogniwa paliwowego, który obsługuje cały proces rozkładu amoniaku na wodór, a następnie generuje z niego energię elektryczną w jednym urządzeniu. Wydajność tej metody, podobnie jak tych opartych na gazie ziemnym, wynosi 60%, ale z tą różnicą, że amoniakalne systemy SOFC mają stosunkowo prostą i solidną konstrukcję.

System ten jest idealny dla mniejszych firm przemysłowych, które chcą wytwarzać energię elektryczną bez emisji dwutlenku węgla, ale nie są podłączone do przyszłej głównej sieci wodorowej, lub dla gmin i lokalnych przedsiębiorstw użyteczności publicznej, które chcą dostarczać ekologiczne ciepło swoim klientom. Nawet duże statki mogą być w ten sposób wyposażone w ekologiczne napędy oparte na amoniaku/wodorze.

Indywidualne systemy ogniw paliwowych

Im wyższa temperatura w krakerze, tym więcej amoniaku jest rozkładane na wodór. Z kolei w niższych temperaturach, czyli nieco powyżej 400 stopni Celsjusza, znaczna część amoniaku pozostaje.

– Nasze testy wykazały jednak, że cząsteczki amoniaku również całkowicie rozpadają się na wodór w wysokotemperaturowym ogniwie paliwowym. Może to nawet zwiększyć ogólną wydajność systemu – mówi Nousch.

A to otwiera różne opcje zarządzania temperaturą.

– Ukierunkowany projekt i inteligentne zarządzanie termiczne są połączone z innymi modyfikacjami aspektów, takich jak moc i rozmiar stosów ogniw paliwowych. Dzięki temu jesteśmy w stanie opracować niestandardowe rozwiązania w zakresie przyjaznego dla klimatu wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, zwłaszcza dla małych i średnich przedsiębiorstw – wyjaśnia.

Źródło: Fraunhofer