EO

‘Kleinste stoommachine ter wereld’ vergroot efficiëntie brandstofcel

02 maart 2020 om 13:42 uur

Onderzoekers van EPFL hebben een nieuwe manier ontwikkeld om de efficiëntie en levensduur van brandstofcellen te verhogen. Ze gebruiken een recirculatieventilator aangedreven door een stoomturbine die op met stoom gesmeerde lagers draait.


Het onderzoek is verschenen in Science.

 

Vaste-oxidebrandstofcellen (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC's) produceren zowel elektriciteit als warmte door een brandstof te oxideren. De technologie is energiezuinig en emissieloos, maar de productie van de cellen is nog duur.

 

Ingenieurs hebben nu een nieuwe manier bedacht om de efficiëntie te verbeteren van SOFC's met een vermogen van 6 kWe. De stoomturbine-aangedreven ventilator, die gassen door het systeem recirculeert, verlengt ook hun levensduur.

 

De onderzoekers gebruikten een anode gasloze recirculatieventilator. Onder normale omstandigheden zetten SOFC's ongeveer 85% van de ingevoerde brandstof om. Door de uitlaat op de inlaat aan te sluiten, kon het team de gassen een tweede keer door de cel laten circuleren. "Doordat de cellen werken bij temperaturen boven 600° C, verhoogt de recirculatieventilator de druk van de uitlaatgassen en brengt deze op een niveau dat compatibel is met de druk in de cel", zegt hoofdauteur Patrick Wagner.

Dit verbeterde de efficiëntie tot 10%. "Toen we de ventilator koppelden aan een huishoudelijke brandstofcel die op 4,5 kWe draait, bereikten we een bruto efficiëntie van 66%", zegt collega Jürg Schiffmann. "Ter vergelijking: de meest geavanceerde energiecentrales behalen een efficiëntie van 63% zonder herwinbare warmte te genereren. Bovendien werken deze fabrieken op vermogensbereiken van honderden MWe. In Zwitserland gaat ongeveer 6% van die energie verloren met de voeding en onttrekking van het net.

 

Het ventilatorsysteem verlengt de levensduur van de cel omdat het gerecirculeerde gasmengsel de stabiliteit van de katalysator verhoogt.

 

stoomDe as met stoomgesmeerde lagers


Gasrecirculatie is op zich geen nieuw concept op zich, maar het ontwerp van het team wel. De ventilator is uitgerust met zelfontwikkelde stoomgesmeerde lagers en wordt aangedreven door een miniatuurstoomturbine die werkt op de warmte die door de cel wordt geproduceerd.

 

De onderzoekers kozen voor met stoom gesmeerde lagers om het risico op besmetting te voorkomen. "SOFC's zijn uiterst delicaat", zegt Wagner. "Als olie of een ander smeermiddel zijn weg naar binnen vindt, kan dit serieuse problemen veroorzaken. Stoomgesmeerde lagers zijn mechanische onderdelen die geen olie nodig hebben. Het draaiende deel van het systeem zit op een luchtkussen dat wordt gegenereerd door de as - een ander deel van het systeem - terwijl het draait. Dit ontwerp heeft nog een ander voordeel: behalve tijdens het opstarten en afsluiten komen geen van de onderdelen met elkaar in contact, wat betekent dat ze niet slijten."

 

Het team gebruikte een stoomturbine omdat SOFC-uitlaatgassen waterstof en andere potentieel explosieve verbindingen in de resterende brandstof bevatten. "Onze recirculatieventilator bestaat uitsluitend uit mechanische onderdelen, dus het vormt absoluut geen veiligheidsrisico," voegt Wagner toe. "Dat zou niet het geval zijn geweest als we een elektromotor hadden gebruikt." De 34-watturbine is bij uitstek geschikt voor binnenlandse SOFC's. Met een diameter van slechts 15 mm is het een van de kleinste stoomturbines ter wereld.

 

Er is een patentaanvraag ingediend voor het nieuwe systeem en Wagner heeft een startup opgericht, OTurb, om de technologie te ontwikkelen en op de markt te brengen.

 

Gerelateerd nieuws

Een nanoapparaat dat door muren heen kan kijken

Nanoapparaat kan door muren heen kijken (video)

Onderzoekers van EPFL hebben een apparaat op nanoschaal ontwikkeld dat meer dan 10 keer sneller werkt dan de snelste transistors van vandaag en dat het genereren van krachtige terahertz-golven mogelijk maakt. Deze notoir…

Deelgebruik beademingsmachines mogelijk in noodsituaties

Deelgebruik beademingsmachines mogelijk in noodsituaties

Twee patiënten die tegelijk gebruik maken van één beademingsmachine, ook wel ‘splitting the ventilator’: in noodsituaties rondom de Covid-19 crisis is het een reële optie om het tekort aan deze machines het hoofd…

FME en GMV vragen aandacht Tweede Kamer voor gevolgen Coronavirus

FME en GMV vragen aandacht Tweede Kamer voor gevolgen Coronavirus

Op donderdag 26 maart is er weer een Kamerdebat over het Coronavirus en de te treffen maatregelen. Zowel FME als GMV, de organisatie voor machinebouwers voor de voedselproducerende sector, hebben brieven ingediend waarin…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

1 april 2020, online: additiveworld.com

Additive World Conference

Industrieel 3D-printconferentie

9 april 2020, Vianen

Machineveiligheid in een dag

9 en 16 april 2020 (avond) 1 dag of 2 avonden 09.00-16.00 uur incl. lunch of 17.00-21.30 uur incl....

16 april 2020, Online

The Things Conference

Online conferentie over het netwerk der dingen, LoRaWAN .

Meer agendapunten »