hrvatski

Energetske/plinske tehnologije između znanosti i primjene

Gorivni članci su elektrokemijski pretvarači energije koji iz goriva proizvode električnu uz visok stupanj djelovanja i male ili čak nikakve emisije. Gorivni članci imaju široki spektar primjena od reda veličina 1 W pa i manje do 1 MW i više. Primjene uključuju zamjenu za baterije u elektroničkim aparatima, prenosni uređaji za proizvodnju električne energije, pričuvni (back-up) uređaji, pogon automobila i drugih vozila, stacionarna/distribuirana proizvodnja električne energije ili kogeneracija. Goriva za gorivne članke su vodik, metanol, prirodni plin ili bioplin. Gorivni članci koji koriste plin kao gorivo gotovo isključivo imaju primjenu u decentraliziranoj proizvodnji električne energije i kogeneraciji. Moguća je primjena za individualne stambene jedinice (reda veličina 1-5 kWel) ili za nekoliko jedinica i manje zgrade (5-20 kW), za veće potrošače, na primjer hotele, bolnice, poslovne zgrade, trgovačke centre i slično (200-300 kW), pa do manjih elektrana (1-2 MW). Manje jedinice su obično s gorivnim člancima membranskog tipa (tzv. PEM - Proton Exchange Membrane) ili u manjoj mjeri s krutim oksidom (SOFC), 200-300 kW jedinice koriste gorivne članke s fosfornom kiselinom (PAFC), s rastopljenim karbonatom (MCFC) ili s krutim oksidom (SOFC) dok veliki uređaji koriste isključivo visokotemperaturne gorivne članke (MCFC i SOFC). Membranski gorivni članci zbog svoje niske radne temperature (60-80°C) i katalizatora na bazi platine imaju malu toleranciju na ugljični monoksid pa zahtijevaju relativno čisti vodik kao gorivo. Za proizvesti reformat iz prirodnog plina s malim sastojkom ugljičnog monoksida (<100 ppm) potrebno je uz standardne procese reformacije s parom provesti i postupke prečišavanja s selektivnom oksidacijom i/ili metanacijom što ne samo povećava kompleksnost postrojenja nego utječe i na njegovu efikasnost pretvorbe. Također niska radna temperatura otežava iskorištenje otpadne topline za kogeneraciju. Zbog toga se razvijaju membrane koje mogu raditi na višim temperaturama (i do 140°C). Visokotemperaturni gorivni članci nemaju problem s ugličnim monoksidom (kod MCFC ugljični monoksid je i poreban kao gorivo) pa je sustav reformacije daleko jednostavniji, a u nekim slučajevima se proces reformacije može odigravati interno unutar samog uređaja. Glavne prednosti gorivnih članaka su visok stupanj korisnog djelovanja u proizvodnji električne energije (40-50% pa i do 70% u hibridnim postrojenjima s parnim ili plinskim turbinama), mogućnost kogeneracije, tih rad, niske emisije i modularnost, što omogućuje primjenu direktno u objektima. Zbog svojih karakteristika gorivni članci su svakako nadolazeća tehnologija koja će omogućiti decentralizaciju proizvodnje električne energije i kogeneraciju. U radu je dan prikaz ovih tehnologija, procjena supnja razvoja i kritičnih razvojnih pravaca, te njihove primjene s naglaskom na primjene onih gorivnih članaka koji kao gorivo koriste prirodni plin.

gorivni članci; reformacija prirodnog plina; distribuirana proizvodnja električne energije; kogeneracija

nije evidentirano