В проекте Prometheus исследователи из Юлиха вместе с WZR Ceramic Solutions GmbH, Греческим университетом Аристотеля в Салониках и компанией по производству минеральных масел Hellenic Petroleum теперь хотят использовать 3D-печать для разработки мембранного реактора для производства синтетического топлива с очень тонкими ячейками. Говорят, что мембранный реактор является более эффективным и экономичным, чем предыдущие системы, большинство из которых все еще находятся на экспериментальной стадии.
Эксплуатируйте электростанции и двигатели внутреннего сгорания без вреда для климата
Синтетическое топливо является возможным решением для эксплуатации электростанций сгорания и двигателей или промышленных установок без вреда для климата. По крайней мере, если энергия, необходимая для этого, поступает из восстановительных источников. Если они сжигаются, они выделяют только СО 2, который был связан во время производства веществ. Синтетическое топливо практически не содержит загрязняющих веществ. Оксиды азота или мелкая пыль не должны выделяться в больших количествах. Поскольку их легко транспортировать и хранить, они также подходят для хранения энергии. Если бы их подавали в газовую сеть, их можно было бы преобразовать обратно в электричество на газовых электростанциях, если бы только солнце и ветер не давали достаточно энергии.
Соэлектролиз снижает затраты на производство
Соэлектролиз - это новый, эффективный способ производства синтетического топлива и химикатов из CO 2 и воды. Дизельные автомобили и бензиновые двигатели, а также грузовики, самолеты и корабли могли ездить с таким топливом практически без климатического воздействия. Они также предлагают себя в качестве устройств накопления энергии для компенсации колебаний энергии ветра и солнца.
Тем не менее, цены на синтетическое топливо по-прежнему довольно высоки по сравнению с ископаемым топливом и препятствуют производству в больших количествах. По словам исследователей, все еще довольно новый процесс совместного электролиза представляет собой многообещающий способ снижения затрат на производство. Метод считается очень эффективным, но все еще находится в зачаточном состоянии.
Электродвигатели
Так выглядит технология привода будущего
Мембранный реактор для совместного электролиза
Новая технология позволяет производить синтетические химикаты и топливо непосредственно за один шаг. Обычные процессы, с другой стороны, требуют нескольких этапов процесса. В проекте Prometheus исследователи из Юлиха занимаются разработкой мембранного реактора для совместного электролиза, в котором возможны несколько химических реакций. Основным элементом является керамическая мембрана, которая проницаема для ионов водорода и кислорода. На их поверхностях имеются слои катализатора, которые управляют протеканием желаемых реакций превращения.
Мембранный слой толщиной с человеческий волос
«Эффективность процесса зависит от нескольких факторов, таких как толщина мембраны, поверхностная активность и пористость материала носителя, которые необходимо оптимизировать в проекте», - объясняет руководитель проекта проф. Вильгельм Мейленберг из Института энергетических и климатических исследований Юлиха (IEK-1). Чтобы увеличить поток, исследователи разработали мембрану в виде тонкого слоя. При толщине от 10 до 50 мкм он такой же густой, как человеческий волос. Поскольку чем меньше толщина материала, тем ниже сопротивление переноса и тем больше водорода может проходить через мембрану одновременно.
исследовательская работа
Ученые исследуют топливо для чистых двигателей внутреннего сгорания
Конкурс дизайна
Это победители Formula Student Germany 2018
3D печать для дизайна на заказ
Для достижения необходимой механической стабильности мембранный слой наносят на более толстый пористый материал-носитель. Использование процессов 3D-печати на керамике, которыми специализируется WZR Ceramic Solutions GmbH, участвующая в проекте, дает несколько преимуществ. «С одной стороны, процессы позволяют изготавливать носитель с индивидуальной пористой структурой, которая содержит поровые каналы, оптимизированные для транспортировки газа. С другой стороны, 3D-печать также помогает значительно сократить последующие затраты на производство мембранных ячеек по сравнению с многостадийными процессами литья и спекания », - говорит Вильгельм Мейленберг.
WZR Ceramic Solutions GmbH разрабатывает различные процессы производства добавок (3D-печать) для промышленного применения. «В дополнение к геометрической свободе новых процессов, это также открывает возможность локального изменения материалов на микроскопическом уровне или объединения совершенно новых продуктов. Никакому другому процессу не удается локально изменить структуру керамических материалов и точно адаптировать их к требованиям компонента. Теперь мы хотим использовать этот потенциал для производства оптимизированных носителей », - добавляет Вольфганг Колленберг (генеральный директор WZR Ceramic Solutions GmbH).
Следующая информация
Если все пойдет хорошо, исследователи хотят представить функциональную концепцию недорогого мембранного реактора в конце проекта, с помощью которого можно получить метан (CH 4), метанол (CH 3 OH) и синтез-газ (CO + H 2). Потенциальный конечный пользователь технологии уже задействован: греческая компания по производству минеральных масел Hellenic Petroleum (Helpe) со своим подразделением по возобновляемой энергии Helpe-Res, которое готовит технико-экономическое обоснование и реализацию проекта.