Comment fonctionnent les processeurs de carburant

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Galerie d'images AFV Une pile à combustible de 250 kW avec reformeur de gaz naturel intégré. Voir des photos de véhicules à carburant alternatif. Photo gracieuseté de Ballard Power Systems

-Si vous lisez l'article sur les piles à combustible, vous savez qu'elles produisent de l'électricité à partir d'hydrogène et d'oxygène et n'émettent que de la vapeur. Le principal problème des piles à combustible à hydrogène concerne le stockage et la distribution de l'hydrogène. Voir Comment fonctionne l'économie Hydgrogen pour plus de détails. -

-L'hydrogène gazeux n'est pas un carburant très dense en énergie, ce qui signifie qu'il contient peu d'énergie par unité de volume par rapport à un carburant liquide comme l'essence ou le méthanol. Il est donc difficile d'installer suffisamment d'hydrogène gazeux dans une voiture à pile à combustible pour lui donner une autonomie raisonnable. L'hydrogène liquide a une bonne densité énergétique, mais il doit être stocké à des températures extrêmement basses et à des pressions élevées; cela rend le stockage et le transport assez difficiles.

-Les carburants communs comme le gaz naturel, le propane et l'essence, et les moins courants comme le méthanol et l'éthanol, ont tous de l'hydrogène dans leur structure moléculaire. S'il existait une technologie capable d'éliminer l'hydrogène de ces carburants et de l'utiliser pour alimenter la pile à combustible, le problème du stockage et de la distribution de l'hydrogène serait presque entièrement éliminé..

Cette technologie est en développement. Cela s'appelle un processeur de carburant, ou un réformateur. Dans cette édition de, nous apprendrons comment le reformeur à vapeur travaux.

Contenu
  1. Le but des processeurs de carburant
  2. Le Steam Reformer
  3. Comment le processeur de carburant et la pile à combustible fonctionnent ensemble
  4. L'inconvénient des processeurs de carburant

Le travail du processeur de combustible est de fournir de l'hydrogène relativement pur à une pile à combustible, en utilisant un combustible qui est facilement disponible ou facilement transportable. Les transformateurs de carburant doivent être en mesure de le faire de manière efficace avec un minimum de pollution - sinon, ils annulent les avantages de l'utilisation d'une pile à combustible en premier lieu..

Pour les voitures, le principal problème est stockage d'Energie. Afin d'éviter d'avoir de grands réservoirs à pression lourde, un carburant liquide est préférable à un gaz. Les entreprises travaillent sur des processeurs de carburant pour les carburants liquides comme l'essence et le méthanol. Méthanol est le carburant le plus prometteur à court terme; il peut être stocké et distribué de la même manière que l'essence l'est actuellement.

Pour les maisons et la production d'électricité stationnaire, les combustibles comme le gaz naturel ou le propane sont préférés. De nombreuses centrales électriques et maisons sont déjà reliées à l'approvisionnement en gaz naturel par pipeline. Et certaines maisons qui ne sont pas raccordées à des conduites de gaz ont des réservoirs de propane. Il est donc logique de convertir ces carburants en hydrogène pour une utilisation dans des piles à combustible fixes.

Le méthanol et le gaz naturel peuvent être convertis en hydrogène dans un reformeur à vapeur.

Il existe plusieurs types de reformeurs à vapeur, l'un reformage du méthanol et l'autre réforme gaz naturel.

Reformage du méthanol

La formule moléculaire du méthanol est CH3OH. L'objectif du reformeur est d'éliminer autant d'hydrogène (H) que possible à partir de cette molécule, tout en minimisant l'émission de polluants tels que le monoxyde de carbone (CO). Le processus commence par la vaporisation du méthanol liquide et de l'eau. La chaleur produite dans le processus de reformage est utilisée pour accomplir ceci. Ce mélange de méthanol et de vapeur d'eau est passé à travers une chambre chauffée qui contient un catalyseur.

Lorsque les molécules de méthanol frappent le catalyseur, elles se séparent en monoxyde de carbone (CO) et l'hydrogène gazeux (H2):

La vapeur d'eau se divise en hydrogène gazeux et oxygène; cet oxygène se combine avec le CO pour former du CO2. De cette façon, très peu de CO est libéré, car la majeure partie est convertie en CO2.

Reformage du gaz naturel

Le gaz naturel, qui est principalement composé de méthane (CH4), est traitée en utilisant une réaction similaire. Le méthane contenu dans le gaz naturel réagit avec la vapeur d'eau pour former du monoxyde de carbone et de l'hydrogène gazeux.

Tout comme lors du reformage du méthanol, la vapeur d'eau se divise en hydrogène et en oxygène, l'oxygène se combinant avec le CO pour former du CO2.

Aucune de ces réactions n'est parfaite; du méthanol ou du gaz naturel et du monoxyde de carbone le traversent sans réagir. Ceux-ci sont brûlés en présence d'un catalyseur, avec un peu d'air pour fournir de l'oxygène. Cela convertit la plupart du CO restant en CO2, et le méthanol restant en CO2 et de l'eau. Divers autres dispositifs peuvent être utilisés pour nettoyer tout autre polluant, tel que le soufre, qui peut se trouver dans le flux d'échappement..

Il est important de éliminer le monoxyde de carbone du flux d'échappement pour deux raisons: premièrement, si le CO traverse la pile à combustible, les performances et la durée de vie de la pile à combustible sont réduites; deuxièmement, il s'agit d'un polluant réglementé, de sorte que les voitures ne sont autorisées à en produire que de petites quantités.

- Afin de créer de l'énergie, plusieurs systèmes doivent travailler ensemble pour fournir la sortie électrique requise. Un système typique consisterait en un charge électrique (comme une maison ou un moteur électrique), un pile à combustible et un processeur de carburant.

Prenons le cas d'une voiture à pile à combustible. Lorsque vous appuyez sur la pédale d'accélérateur (hydrogène), plusieurs choses se produisent à peu près en même temps:

  • Le contrôleur de moteur électrique commence à fournir plus de courant au moteur électrique et le moteur électrique génère plus de couple.
  • Dans la pile à combustible, plus d'hydrogène réagit, produisant plus d'électrons, qui se frayent un chemin à travers le moteur électrique et le contrôleur, pour répondre à l'augmentation de la demande de puissance.
  • Le processeur de carburant commence à pomper plus de méthanol dans son système, ce qui crée plus d'hydrogène. Une autre pompe augmente le débit d'hydrogène allant à la pile à combustible.

Une séquence d'événements similaire se produit dans votre maison lorsque vous augmentez soudainement la demande d'électricité. Par exemple, lorsque votre climatisation s'allume, la puissance de la pile à combustible doit augmenter rapidement, sinon les lumières diminueront jusqu'à ce que la pile à combustible puisse répondre à la demande..

Les processeurs de carburant présentent également des inconvénients, notamment la pollution et carburant global Efficacité.

la pollution

Bien que les processeurs de carburant puissent fournir de l'hydrogène gazeux à une pile à combustible tout en produisant beaucoup moins de pollution qu'un moteur à combustion interne, ils produisent toujours une quantité importante de dioxyde de carbone (CO2). Bien que ce gaz ne soit pas un polluant réglementé, il est soupçonné de contribuer au réchauffement climatique.

Si de l'hydrogène pur est utilisé dans une pile à combustible, le seul sous-produit est l'eau (sous forme de vapeur). Pas de co2 ou tout autre gaz est émis. Mais comme les voitures à pile à combustible qui utilisent des processeurs de carburant émettent de petites quantités de polluants réglementés, comme le monoxyde de carbone, elles ne seront pas considérées comme véhicules zéro émission (ZEV) en vertu des lois californiennes sur les émissions. À l'heure actuelle, les principales technologies qualifiées de ZEV sont la voiture électrique à batterie et la voiture à pile à combustible à hydrogène..

Au lieu d'essayer d'améliorer les processeurs de carburant au point qu'ils n'émettent aucun polluant réglementé, certaines entreprises travaillent sur de nouvelles façons stocker ou produire de l'hydrogène sur le véhicule. Ovonic développe un dispositif de stockage d'hydrure métallique qui absorbe l'hydrogène un peu comme une éponge absorbe l'eau. Cela élimine le besoin de réservoirs de stockage à haute pression et peut augmenter la quantité d'hydrogène qui peut être stockée dans un véhicule.

Powerball Technologies souhaite utiliser de petites boules en plastique remplies d'hydrure de sodium, qui produisent de l'hydrogène lorsqu'elles sont ouvertes et jetées dans l'eau. Le sous-produit de cette réaction, hydroxyde de sodium liquide, est un produit chimique industriel couramment utilisé.

Efficacité

Un autre inconvénient du processeur de carburant est qu'il diminue l'efficacité globale de la voiture à pile à combustible. Le processeur de carburant utilise la chaleur et la pression pour faciliter les réactions qui séparent l'hydrogène. Selon les types de carburant utilisés et l'efficacité de la pile à combustible et du processeur de carburant, l'amélioration de l'efficacité par rapport aux voitures à essence conventionnelles peut être assez faible. Voir cette comparaison des rendements d'une voiture à pile à combustible, d'une voiture à essence et d'une voiture électrique.

Pour plus d'informations, consultez les liens sur la page suivante.

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