Per horizontą: „Nulis aušra“ galbūt netyčia užklupote vadinamuosiuose „kuro elementuose“, kurie rodomi specialiuose inventoriaus elementuose. Bet kam jie skirti ir kam juos parduoti? Tiesą sakant, niekam jų nereikia parduoti. Kuro elementai reikalingi norint suaktyvinti įėjimą į senovinį arsenalą, kuriame daugiausia geriausi šarvaižaidime. Taigi, pakalbėkime apie tai, kur ieškoti daiktų ir kaip patekti į senovės arsenalą:

Kur rasti kuro elementus

• Trečią kuro elementą galėsime rasti užduotyje „Magistro išankstinis pasiūlymas“. Vėliau daiktą bus galima rasti, bet kadangi žaidimo istorija mus čia atvedė, tai nėra nuodėmė paimti vertę dabar. Be to, kelias į vietą, kurioje yra elementas, jokiu būdu nėra artimas.

  Taigi, gavęs Eloy užduotį „Meistro riba“, reikia eiti į žemėlapio šiaurę, į senovės civilizacijos griuvėsius.

  

  Dauguma misija vyks pastato viduje, kur turime bėgti kebliais koridoriais ir lifto šachtomis lipti į viršų. Čia mes tiesiog judame tuo keliu, kurį mums siūlo žaidimas, kol Aloy išeis. Kalbant apie siužetą, mums reikės ištirti išradingą įrenginį, tačiau mes tai atidėsime.

  

  Geriau atkreipkite dėmesį į aukštą smaigalį, ant kurio matomi geltoni elementai, kuriais Eloy gali lipti.

  

  Lipame į patį viršų, kur ant mažos platformos mūsų lauks brangus kuro elementas.

  

  Turėsite nusileisti naudodamiesi virve, pritvirtinta ant platformos. Ir tada jūs galite saugiai pereiti siužetą iki užduoties „Mirties lobis“.

• Paskutinį penktą kuro elementą vėl galima rasti griuvėsiuose į šiaurę atliekant misiją „Krentantis kalnas“.

  

  Gavę užduotį, einame į GAIA Prime griuvėsius. Drąsiai judame ta linkme, kur mus veda žaidimas, kol pateksime į šią vietą:

  

  Nebandykite šokti žemyn nuo šios sijos! Čia reikia pasukti į kairę. Ten pamatysime mažą uolos įdubimą, ten mums to ir reikia.

Kaip ir egzistencija skirtingi tipai varikliai vidaus degimas, yra įvairių tipų kuro elementai - pasirinkimas tinkamas tipas kuro elementas priklauso nuo jo taikymo.

Kuro elementai skirstomi į aukštos ir žemos temperatūros. Žemos temperatūros kuro elementai kurui reikia palyginti gryno vandenilio. Tai dažnai reiškia, kad norint perdirbti pirminį kurą (pvz., Gamtines dujas) į gryną vandenilį, reikia perdirbti kurą. Šis procesas sunaudoja papildomą energiją ir reikalauja specialios įrangos. Aukštos temperatūros kuro elementai nereikia šios papildomos procedūros, nes jie gali atlikti „vidinę kuro konversiją“, kai pakilusi temperatūra, o tai reiškia, kad nereikia investuoti į vandenilio infrastruktūrą.

Kuro elementai, kurių pagrindas yra išlydytas karbonatas (RKTE)

Išlydyto karbonato elektrolito kuro elementai yra aukštos temperatūros kuro elementai. Aukšta darbinė temperatūra leidžia tiesiogiai naudoti gamtines dujas be kuro procesoriaus ir mažos šildymo vertės kuro dujų gamybos procesai ir iš kitų šaltinių. Šis procesas buvo sukurta septintojo dešimtmečio viduryje. Nuo to laiko buvo tobulinamos gamybos technologijos, našumas ir patikimumas.

RKTE veikimas skiriasi nuo kitų kuro elementų. Šios ląstelės naudoja elektrolitą iš išlydytų karbonato druskų mišinio. Šiuo metu naudojami dviejų tipų mišiniai: ličio karbonatas ir kalio karbonatas arba ličio karbonatas ir natrio karbonatas. Karbato druskų lydymui ir aukštas laipsnis jonų judrumas elektrolite, kuro elementų veikimas su išlydytu karbonatiniu elektrolitu įvyksta, kai aukšta temperatūra(650 ° C). Efektyvumas svyruoja tarp 60-80%.

Kaitinant iki 650 ° C, druskos tampa karbonato jonų (CO 3 2-) laidininku. Šie jonai pereina iš katodo į anodą, kur susijungę su vandeniliu susidaro vanduo, anglies dioksidas ir laisvieji elektronai. Šie elektronai siunčiami į išorę elektros grandinė atgal į katodą, tuo pačiu generuodamas elektros ir šiluma kaip šalutinis produktas.

Reakcija anode: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
Reakcija prie katodo: CO 2 + 1/2 O 2 + 2e - => CO 3 2-
Bendroji elemento reakcija: H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) + CO 2 (katodas) => H 2 O (g) + CO 2 (anodas)

Aukšta išlydyto karbonato elektrolito kuro elementų darbo temperatūra turi tam tikrų pranašumų. Esant aukštai temperatūrai, gamtinės dujos yra viduje reformuojamos, todėl nebereikia kuro procesoriaus. Be to, pranašumai yra galimybė naudoti standartines statybines medžiagas, tokias kaip nerūdijančio plieno lakštas ir nikelio katalizatorius ant elektrodų. Šilumos atliekos gali būti naudojamos garams gaminti aukštas spaudimasįvairiems pramoniniams ir komerciniams tikslams.

Aukštos reakcijos temperatūros elektrolite taip pat turi savo privalumų. Aukštų temperatūrų naudojimas užima daug laiko, kol pasiekiamos optimalios eksploatavimo sąlygos, o sistema į energijos suvartojimo pokyčius reaguoja lėčiau. Šios savybės leidžia naudoti kuro elementų įrenginius su išlydytu karbonato elektrolitu pastovios galios sąlygomis. Aukšta temperatūra apsaugo nuo anglies monoksido pažeidimo kuro elemente, „apsinuodijimo“ ir kt.

Išlydyto karbonato elektrolito kuro elementai yra tinkami naudoti dideliuose stacionariuose įrenginiuose. Šilumos ir elektrinės pramoniniu būdu gaminamos su laisva diena elektros energija 2,8 MW. Kuriamos įrenginiai, kurių išėjimo galia yra iki 100 MW.

Fosforo rūgšties kuro elementai (FCTE)

Pirmieji kuro elementai buvo fosforo (ortofosforo) rūgšties pagrindu pagaminti kuro elementai komercinis naudojimas... Šis procesas buvo sukurtas 6-ojo dešimtmečio viduryje ir buvo išbandytas nuo 1970-ųjų. Nuo to laiko padidėjo stabilumas, sumažėjo našumas ir sumažėjo išlaidos.

Kuro elementuose, kurių pagrindinė sudėtinė dalis yra fosforo (ortofosforo) rūgštis, naudojamas fosforo rūgšties (H 3 PO 4) pagrindu pagamintas elektrolitas, kurio koncentracija yra iki 100%. Fosforo rūgšties joninis laidumas yra mažas, kai žema temperatūra dėl šios priežasties šie kuro elementai naudojami iki 150–220 ° C temperatūros.

Įkrovimo laikiklis kuro elementuose tokio tipo yra vandenilis (H +, protonas). Panašus procesas vyksta kuro elementuose su protonų mainų membrana (MOPTE), kai vandenilis, tiekiamas į anodą, yra padalijamas į protonus ir elektronus. Protonai keliauja per elektrolitą ir jungiasi su deguonimi iš oro prie katodo ir susidaro vanduo. Elektronai nukreipiami per išorinę elektros grandinę, sukuriantys elektros srovę. Žemiau pateikiamos reakcijos, kurios generuoja elektrą ir šilumą.

Reakcija anode: 2H 2 => 4H + + 4e -
Reakcija prie katodo: O 2 (g) + 4H + + 4e - => 2H 2 O
Bendroji elemento reakcija: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Kuriant elektros energiją, fosforo (ortofosforo) rūgšties pagrindu pagamintų kuro elementų efektyvumas yra didesnis nei 40%. Gaminant šilumos ir elektros energiją, bendras efektyvumas yra apie 85%. Be to, atsižvelgiant į veikimo temperatūrą, išeikvota šiluma gali būti naudojama vandeniui pašildyti ir atmosferos slėgio garams gaminti.

Didelis šiluminių elektrinių efektyvumas kuro elementuose, kurių pagrindas yra fosforo (ortofosforo) rūgštis, kartu gaminant šilumą ir elektrą, yra vienas iš šio tipo kuro elementų pranašumų. Augaluose naudojamas apie 1,5% koncentracijos anglies monoksidas, o tai žymiai išplečia kuro pasirinkimą. Be to, CO 2 neturi įtakos elektrolitui ir kuro elemento veikimui; šio tipo elementai veikia su riformuotu natūraliu kuru. Paprasta konstrukcija, mažas elektrolitų lakumas ir padidėjęs stabilumas taip pat yra šio tipo kuro elementų privalumai.

Pramoniniu būdu gaminamos šiluminės elektrinės, kurių išėjimo elektros galia yra iki 400 kW. Atitinkamai buvo išbandyti 11 MW galios agregatai. Kuriamos įrenginiai, kurių išėjimo galia yra iki 100 MW.

Membraniniai protonų mainų kuro elementai (MOPTE)

Membraniniai kuro elementai yra laikomi geriausiu kuro elementų tipu transporto priemonės galiai generuoti, kuris gali pakeisti benzininius ir dyzelinius vidaus degimo variklius. Šiuos kuro elementus NASA pirmą kartą panaudojo programai „Dvyniai“. Šiandien kuriami ir demonstruojami MOPTE agregatai, kurių galia nuo 1W iki 2 kW.

Šiuose kuro elementuose kaip elektrolitas naudojama kieta polimero membrana (plona plastikinė plėvelė). Impregnuotas vandeniu, šis polimeras leidžia praeiti pro protonus, bet neveda elektronų.

Kuras yra vandenilis, o krūvio nešiklis - vandenilio jonas (protonas). Anode vandenilio molekulė padalijama į vandenilio joną (protoną) ir elektronus. Vandenilio jonai praeina per elektrolitą į katodą, o elektronai juda aplink išorinį ratą ir gaminasi elektros energija... Deguonis, paimtas iš oro, tiekiamas į katodą ir sujungiamas su elektronais ir vandenilio jonais, kad susidarytų vanduo. Elektroduose vyksta šios reakcijos:

Reakcija anode: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Reakcija prie katodo: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4OH -
Bendroji elemento reakcija: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Palyginti su kitomis kuro elementų rūšimis, gaminasi protonų mainų membranos kuro elementai daugiau energijos tam tikram kuro elemento tūriui ar svoriui. Ši savybė leidžia jiems būti kompaktiškiems ir lengviems. Be to, darbinė temperatūra yra žemesnė nei 100 ° C, o tai leidžia greitai pradėti eksploatuoti. Šios savybės, taip pat galimybė greitai pakeisti energijos kiekį, yra tik keletas savybių, dėl kurių šios kuro elementai yra pagrindinis kandidatas naudoti transporto priemonėse.

Kitas privalumas yra tas, kad elektrolitas yra kieta, o ne skysta medžiaga. Kietą elektrolitą lengviau laikyti dujas prie katodo ir anodo, todėl tokius kuro elementus yra pigiau gaminti. Lyginant su kitais elektrolitais, naudojant kietą elektrolitą, nėra tokių sunkumų kaip orientacija, yra mažiau problemų dėl korozijos atsiradimo, dėl kurio elementas ir jo komponentai patvaresni.

Kietojo oksido kuro elementai (SOFC)

Kieto oksido kuro elementai yra kuro elementai, kurių darbinė temperatūra yra aukščiausia. Darbinė temperatūra gali svyruoti nuo 600 ° C iki 1000 ° C, o tai leidžia naudoti įvairių rūšių degalus be specialių išankstinis apdorojimas... Norint susidoroti su tokiomis aukštomis temperatūromis, naudojamas elektrolitas yra plonas, keramikos pagrindu pagamintas kietasis metalo oksidas, dažnai itrio ir cirkonio lydinys, kuris yra deguonies jonų (O 2 -) laidininkas. Kieto oksido kuro elementų naudojimo technologija buvo kuriama nuo 1950-ųjų pabaigos. ir turi dvi konfigūracijas: plokščią ir vamzdinę.

Kietasis elektrolitas suteikia hermetiškai uždarytą dujų perėjimą iš vieno elektrodo į kitą, o skysti elektrolitai yra porėtame substrate. Šio tipo kuro elementų krūvininkas yra deguonies jonas (O 2 -). Katode deguonies molekulės iš oro yra padalijamos į deguonies joną ir keturis elektronus. Deguonies jonai praeina per elektrolitą ir susijungę su vandeniliu sudaro keturis laisvuosius elektronus. Elektronai nukreipiami per išorinę elektros grandinę, sukuriantys elektros srovę ir atliekinę šilumą.

Reakcija anode: 2H 2 + 2O2 - => 2H 2 O + 4e -
Reakcija prie katodo: O 2 + 4e - => 2O 2 -
Bendroji elemento reakcija: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Sukurtos elektros energijos efektyvumas yra didžiausias iš visų kuro elementų - apie 60%. Be to, aukšta darbinė temperatūra leidžia šilumai ir elektrai generuoti aukšto slėgio garus. Sujungus aukštos temperatūros kuro elementą su turbina sukuriamas hibridinis kuro elementas gerinant efektyvumą generuojanti elektros energiją iki 70%.

Kietojo oksido kuro elementai veikia esant labai aukštai temperatūrai (600 ° C - 1000 ° C), o tai užima daug laiko, kol pasiekiamos optimalios darbo sąlygos, o sistema reaguoja lėčiau į energijos suvartojimo pokyčius. Esant tokiai aukštai darbo temperatūrai, konverteris nėra reikalingas vandeniliui iš kuro išgauti, o tai leidžia šiluminei elektrinei dirbti su gana nešvariu kuru, gaunamu dujinant anglį ar išmetamas dujas ir panašiai. Be to, šis kuro elementas puikiai tinka naudoti didele galia, įskaitant pramonines ir dideles centrines elektrines. Modulių, kurių išėjimo elektros galia yra 100 kW, galima įsigyti.

Tiesioginio metanolio oksidavimo kuro elementai (POMTE)

Tiesioginė metanolio kuro elementų technologija išgyvena tam tikrą laikotarpį aktyvus vystymasis... Ji sėkmingai įsitvirtino mobiliųjų telefonų, nešiojamųjų kompiuterių maitinimo srityje, taip pat kurdama nešiojamus maitinimo šaltinius. ko siekiama ateityje naudoti šiuos elementus.

Kuro elementų, turinčių tiesioginę metanolio oksidaciją, konstrukcija yra panaši į kuro elementus su protonų mainų membrana (MOPTE), t. polimeras naudojamas kaip elektrolitas, o vandenilio jonas (protonas) - kaip krūvio nešėjas. Tačiau skystasis metanolis (CH3OH) oksiduojamas, esant vandeniui prie anodo, išskiriant CO 2, vandenilio jonus ir elektronus, kurie nukreipiami per išorinę elektros grandinę, taip sukuriant elektros srovę. Vandenilio jonai praeina per elektrolitą ir reaguoja su deguonimi iš oro ir elektronais iš išorinės grandinės, formuodami vandenį anode.

Reakcija anode: CH3OH + H2O => CO 2 + 6H + + 6e -
Reakcija prie katodo: 3/2 O2 + 6H + + 6e - => 3H2O
Bendroji elemento reakcija: CH 3 OH + 3/2 O 2 => CO 2 + 2H 2 O

Šių kuro elementų kūrimas prasidėjo 1990-ųjų pradžioje. Kuriant patobulintus katalizatorius ir kitas naujausias naujoves, galios tankis ir efektyvumas padidėjo iki 40%.

Šie elementai buvo išbandyti 50–120 ° C temperatūros diapazone. Dėl žemos darbinės temperatūros ir nereikalingo keitiklio, tiesioginiai metanolio kuro elementai yra geriausias kandidatas abiem Mobilieji telefonai ir kitų plataus vartojimo prekių, taip pat automobilių varikliuose. Šio tipo kuro elementų pranašumas yra mažas dydis dėl skystojo kuro naudojimo ir to, kad nereikia keitiklio.

Šarminiai kuro elementai (SHFC)

Šarminiai kuro elementai (ALFC) yra viena iš labiausiai ištirtų technologijų, naudojama nuo 1960-ųjų vidurio. NASA pagal „Apollo“ ir „Space Shuttle“ programas. Šiuose kosminiuose laivuose kuro elementai generuoja elektros energiją ir geriamas vanduo... Šarminio kuro elementai yra vieni iš daugiausiai veiksmingi elementai naudojama elektros energijai gaminti, energijos gamybos efektyvumas siekia 70 proc.

Šarminiuose kuro elementuose naudojamas elektrolitas, tai yra vandeninis kalio hidroksido tirpalas, esantis porėtoje stabilizuotoje matricoje. Kalio hidroksido koncentracija gali skirtis priklausomai nuo kuro elemento darbinės temperatūros, kuri svyruoja nuo 65 ° C iki 220 ° C. SHFC krūvininkas yra hidroksilo jonas (OH -), kuris juda iš katodo į anodą, kur jis reaguoja su vandeniliu, gamindamas vandenį ir elektronus. Vanduo, susidarantis anode, vėl juda į katodą, vėl generuodamas hidroksilo jonus. Šios reakcijos kuro elemente gamina elektrą ir, kaip šalutinį produktą, šilumą:

Reakcija anode: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Reakcija prie katodo: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4OH -
Bendroji sistemos reakcija: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

SHFC privalumas yra tas, kad šias kuro elementus yra pigiausia gaminti, nes elektrodams reikalingas katalizatorius gali būti bet kuri iš medžiagų, kurios yra pigesnės nei tos, kurios naudojamos kaip kitų kuro elementų katalizatoriai. Be to, SHFC veikia santykinai žemoje temperatūroje ir yra viena iš efektyviausių kuro elementų - tokios charakteristikos gali atitinkamai prisidėti prie energijos gamybos pagreičio ir didelis efektyvumas kuras.

Vienas iš būdingi bruožai SHTE - didelis jautrumas CO 2, kurio gali būti degaluose ar ore. CO 2 reaguoja su elektrolitu, greitai jį nuodija ir labai sumažina kuro elemento efektyvumą. Todėl SHTE naudojimas ribojamas uždaromis erdvėmis, tokiomis kaip erdvė ir povandeninės transporto priemonės, jie turi veikti grynu vandeniliu ir deguonimi. Be to, tokios molekulės kaip CO, H 2 O ir CH 4, kurios yra saugios kitiems kuro elementams ir netgi kai kuriems iš jų, yra kenksmingos SHFC.

Polimeriniai elektrolito kuro elementai (PETE)

Polimerinių elektrolitų kuro elementų atveju polimero membrana susideda iš polimero pluoštų su vandens sritimis, kuriose vandens jonų laidumas H 2 O + (protonas, raudonas) yra pritvirtintas prie vandens molekulės. Vandens molekulės kelia problemų dėl lėtos jonų mainų. Todėl tiek degaluose, tiek išleidimo elektroduose reikalinga didelė vandens koncentracija, kuri apriboja darbinę temperatūrą iki 100 ° C.

Kietojo rūgšties kuro elementai (TKTE)

Kietų rūgščių kuro elementuose elektrolite (C s HSO 4) nėra vandens. Todėl darbinė temperatūra yra 100–300 ° C. Oksinių anijonų SO 4 2- sukimas leidžia judėti protonams (raudoniems), kaip parodyta paveikslėlyje. Paprastai kietojo rūgščiojo kuro elementas yra sumuštinis, kuriame tarp dviejų sandariai suspaustų elektrodų yra sumontuotas labai plonas kieto rūgšties junginio sluoksnis. geras kontaktas... Kaitinant organinis komponentas išgaruoja, palikdamas per elektrodų poras, išlaikydamas daugybinių kontaktų tarp degalų (arba deguonies kitame elemento gale), elektrolito ir elektrodų galimybę.

Kuro elementų tipas	Darbinė temperatūra	Energijos gamybos efektyvumas	Kuro tipas	Taikymo sritis
RKTE	550-700 ° C	50-70%		Vidutinės ir didelės instaliacijos
FKTE	100-220 ° C	35-40%	Grynas vandenilis	Didelės instaliacijos
MOPTE	30-100 ° C	35-50%	Grynas vandenilis	Mažos instaliacijos
SOFC	450-1000 ° C	45-70%	Dauguma angliavandenilių kuro	Maži, vidutiniai ir dideli įrenginiai
POMTE	20–90 ° C	20-30%	Metanolis	Nešiojamieji įrenginiai
SHTE	50-200 ° C	40-65%	Grynas vandenilis	Kosmoso tyrinėjimas
PETE	30-100 ° C	35-50%	Grynas vandenilis	Mažos instaliacijos

Pažinimo ekologija Mokslas ir technologijos: Vandenilio energija yra viena iš efektyviausių pramonės šakų, o kuro elementai ją išlaiko novatoriškų technologijų priešakyje.

Kuro elementas yra efektyviai generuojantis įrenginys D.C. ir šilumą iš daug vandenilio turinčio kuro elektriniu būdu cheminė reakcija.

Kuro elementas yra panašus į akumuliatorių, nes per cheminę reakciją generuoja nuolatinę srovę. Vėlgi, kaip ir akumuliatorius, kuro elementas apima anodą, katodą ir elektrolitą. Tačiau, skirtingai nei akumuliatoriai, kuro elementai negali kaupti elektros energijos, neišsikrauna ir nereikia įkrauti elektros energijos. Kuro elementai gali nuolat gaminti elektrą, jei jie tiekia kurą ir orą. Teisingas terminas, apibūdinantis veikiančią kuro elementą, yra elementų sistema, nes kai kurios pagalbinės sistemos reikalingos tinkamai veikti.

Skirtingai nuo kitų elektros generatorių, tokių kaip vidaus degimo varikliai ar turbinos, naudojančios dujas, anglis, mazutą ir kt., Kuro elementai nedegina kuro. Tai reiškia, kad nėra triukšmingų aukšto slėgio rotorių, nėra garsaus išmetimo triukšmo ir jokių vibracijų. Kuro elementai elektrą generuoja tylia elektrochemine reakcija. Kitas kuro elementų bruožas yra tas, kad jie cheminę kuro energiją tiesiogiai paverčia elektra, šiluma ir vandeniu.

Kuro elementai yra labai efektyvūs ir nesudaro didelio kiekio šiltnamio efektą sukeliančių dujų, tokių kaip anglies dioksidas, metanas ir azoto oksidas. Vienintelis kuro elementų išmetamas kiekis yra vanduo garų pavidalu ir nedidelis jo kiekis anglies dvideginis, kuris visiškai neišskiriamas, jei kaip kuras naudojamas grynas vandenilis. Kuro elementai surenkami į mazgus, o po to į atskirus funkcinius modulius.

Kaip veikia kuro elementai

Kuro elementai gamina elektrą ir šilumą iš elektrocheminės reakcijos, vykstančios naudojant elektrolitą, katodą ir anodą.

Anodas ir katodas yra atskirti elektrolitu, kuris praleidžia protonus. Vandeniliui patekus į anodą, o deguoniui - į katodą, prasideda cheminė reakcija, dėl kurios susidaro elektros srovė, šiluma ir vanduo. Ant anodo katalizatoriaus molekulinis vandenilis disocijuoja ir praranda elektronus. Vandenilio jonai (protonai) patenka per elektrolitą į katodą, o elektronai - per elektrolitą ir praeina per išorinę elektros grandinę, sukurdami nuolatinę srovę, kurią galima naudoti įrenginiams maitinti. Ant katodo katalizatoriaus deguonies molekulė sujungiama su elektronu (kuris tiekiamas iš išorinių ryšių) ir įeinančiu protonu, ir susidaro vanduo, kuris yra vienintelis reakcijos produktas (garų ir (arba) skysčio pavidalu).

Toliau pateikiama atitinkama reakcija:

Reakcija anode: 2H2 => 4H + + 4e-
Katodo reakcija: O2 + 4H + + 4e- => 2H2O
Bendroji elemento reakcija: 2H2 + O2 => 2H2O

Kuro elementų tipai

Panašiai kaip skirtingų tipų vidaus degimo varikliai, yra įvairių rūšių kuro elementų - tinkamo kuro elementų tipo pasirinkimas priklauso nuo taikymo.Kuro elementai skirstomi į aukštos ir žemos temperatūros. Žemos temperatūros kuro elementams kurui reikia palyginti gryno vandenilio.

Tai dažnai reiškia, kad norint perdirbti pirminį kurą (pvz., Gamtines dujas) į gryną vandenilį, reikia perdirbti kurą. Šis procesas sunaudoja papildomą energiją ir reikalauja specialios įrangos. Aukštos temperatūros kuro elementams šios papildomos procedūros nereikia, nes jos gali „viduje konvertuoti“ kurą esant aukštai temperatūrai, o tai reiškia, kad nereikia investuoti į vandenilio infrastruktūrą.

Kuro elementai, kurių pagrindas yra išlydytas karbonatas (RKTE).

Išlydyto karbonato elektrolito kuro elementai yra aukštos temperatūros kuro elementai. Aukšta darbinė temperatūra leidžia gamtines dujas tiesiogiai naudoti be procesoriaus kuro ir mažo kaloringumo dujas pramoniniams procesams ir kitiems šaltiniams. Šis procesas buvo sukurtas 1960-ųjų viduryje. Nuo to laiko buvo tobulinamos gamybos technologijos, našumas ir patikimumas.

RKTE veikimas skiriasi nuo kitų kuro elementų. Šios ląstelės naudoja elektrolitą iš išlydytų karbonato druskų mišinio. Šiuo metu naudojami dviejų tipų mišiniai: ličio karbonatas ir kalio karbonatas arba ličio karbonatas ir natrio karbonatas. Norėdami ištirpinti karbonato druskas ir pasiekti didelį jonų judrumo laipsnį elektrolite, kuro elementai su išlydytu karbonato elektrolitu veikia aukštoje temperatūroje (650 ° C). Efektyvumas svyruoja tarp 60-80%.

Kaitinant iki 650 ° C, druskos tampa karbonato jonų (CO32-) laidininku. Šie jonai pereina iš katodo į anodą, kur susijungę su vandeniliu susidaro vanduo, anglies dioksidas ir laisvieji elektronai. Šie elektronai per išorinę elektros grandinę nukreipiami atgal į katodą, generuojantys elektros srovę ir šilumą kaip šalutinį produktą.

Reakcija anode: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e-
Katodo reakcija: CO2 + 1 / 2O2 + 2e- => CO32-
Bendroji elemento reakcija: H2 (g) + 1 / 2O2 (g) + CO2 (katodas) => H2O (g) + CO2 (anodas)

Aukšta išlydyto karbonato elektrolito kuro elementų darbo temperatūra turi tam tikrų pranašumų. Esant aukštai temperatūrai, gamtinės dujos yra viduje reformuojamos, todėl nebereikia kuro procesoriaus. Be to, pranašumai yra galimybė naudoti standartines statybines medžiagas, tokias kaip nerūdijančio plieno lakštas ir nikelio katalizatorius ant elektrodų. Išeikvota šiluma gali būti naudojama aukšto slėgio garams gaminti įvairiais pramoniniais ir komerciniais tikslais.

Aukštos reakcijos temperatūros elektrolite taip pat turi savo privalumų. Aukštų temperatūrų naudojimas užima daug laiko, kol pasiekiamos optimalios eksploatavimo sąlygos, o sistema į energijos suvartojimo pokyčius reaguoja lėčiau. Šios savybės leidžia naudoti kuro elementų įrenginius su išlydytu karbonato elektrolitu pastovios galios sąlygomis. Aukšta temperatūra apsaugo nuo anglies monoksido pažeidimo kuro elemente, „apsinuodijimo“ ir kt.

Išlydyto karbonato elektrolito kuro elementai yra tinkami naudoti dideliuose stacionariuose įrenginiuose. Pramoniniu būdu gaminamos šiluminės elektrinės, kurių išėjimo elektros galia yra 2,8 MW. Kuriamos įrenginiai, kurių išėjimo galia yra iki 100 MW.

Fosforo rūgšties kuro elementai (FCTE).

Fosforo (ortofosforo) rūgšties kuro elementai buvo pirmieji kuro elementai komerciniam naudojimui. Šis procesas buvo sukurtas 6-ojo dešimtmečio viduryje ir buvo išbandytas nuo 1970-ųjų. Nuo to laiko padidėjo stabilumas, sumažėjo našumas ir sumažėjo išlaidos.

Kuro elementuose, kurių pagrindinė sudėtinė dalis yra fosforo (ortofosforo) rūgštis, naudojamas fosforo rūgšties (H3PO4) pagrindu pagamintas elektrolitas, kurio koncentracija yra iki 100%. Fosforo rūgšties joninis laidumas žemoje temperatūroje yra žemas, todėl šie kuro elementai naudojami iki 150–220 ° C temperatūros.

Šio tipo kuro elementų krūvininkas yra vandenilis (H +, protonas). Panašus procesas vyksta kuro elementuose su protonų mainų membrana (MOPTE), kai vandenilis, tiekiamas į anodą, yra padalijamas į protonus ir elektronus. Protonai keliauja per elektrolitą ir jungiasi su deguonimi iš oro prie katodo ir susidaro vanduo. Elektronai nukreipiami per išorinę elektros grandinę, sukuriantys elektros srovę. Žemiau pateikiamos reakcijos, kurios generuoja elektrą ir šilumą.

Reakcija anode: 2H2 => 4H + + 4e-
Katodo reakcija: O2 (g) + 4H + + 4e- => 2H2O
Bendroji elemento reakcija: 2H2 + O2 => 2H2O

Kuriant elektros energiją, fosforo (ortofosforo) rūgšties pagrindu pagamintų kuro elementų efektyvumas yra didesnis nei 40%. Gaminant šilumos ir elektros energiją, bendras efektyvumas yra apie 85%. Be to, atsižvelgiant į veikimo temperatūrą, išeikvota šiluma gali būti naudojama vandeniui pašildyti ir atmosferos slėgio garams gaminti.

Didelis šiluminių elektrinių efektyvumas kuro elementuose, kurių pagrindas yra fosforo (ortofosforo) rūgštis, kartu gaminant šilumą ir elektrą, yra vienas iš šio tipo kuro elementų pranašumų. Augaluose naudojamas apie 1,5% koncentracijos anglies monoksidas, o tai žymiai išplečia kuro pasirinkimą. Be to, CO2 neturi įtakos elektrolitui ir kuro elemento veikimui; šio tipo elementai dirba su natūraliu kuru. Paprastas dizainas, mažas elektrolitų lakumas ir didesnis stabilumas taip pat yra šio tipo kuro elementų privalumai.

Pramoniniu būdu gaminamos šiluminės elektrinės, kurių išėjimo elektros galia yra iki 400 kW. Atitinkamai buvo išbandyti 11 MW galios agregatai. Kuriamos įrenginiai, kurių išėjimo galia yra iki 100 MW.

Membraniniai protonų mainų kuro elementai (MOPTE)

Membraniniai kuro elementai yra laikomi geriausiu kuro elementų tipu transporto priemonės galiai generuoti, kuris gali pakeisti benzininius ir dyzelinius vidaus degimo variklius. Šiuos kuro elementus NASA pirmą kartą panaudojo programai „Dvyniai“. Šiandien kuriami ir demonstruojami MOPTE agregatai, kurių galia nuo 1W iki 2 kW.

Šiuose kuro elementuose kaip elektrolitas naudojama kieta polimero membrana (plona plastikinė plėvelė). Impregnuotas vandeniu, šis polimeras leidžia praeiti pro protonus, bet neveda elektronų.

Kuras yra vandenilis, o krūvio nešiklis - vandenilio jonas (protonas). Anode vandenilio molekulė padalijama į vandenilio joną (protoną) ir elektronus. Vandenilio jonai praeina per elektrolitą į katodą, o elektronai juda aplink išorinį ratą ir gamina elektros energiją. Deguonis, paimtas iš oro, tiekiamas į katodą ir sujungiamas su elektronais ir vandenilio jonais, kad susidarytų vanduo. Elektroduose vyksta šios reakcijos:

Reakcija anode: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Katodo reakcija: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Bendroji elemento reakcija: 2H2 + O2 => 2H2O

Palyginti su kitų tipų kuro elementais, protonų mainų membranos kuro elementai pagamina daugiau energijos tam tikram kuro elemento tūriui ar svoriui. Ši savybė leidžia jiems būti kompaktiškiems ir lengviems. Be to, darbinė temperatūra yra žemesnė nei 100 ° C, o tai leidžia greitai pradėti eksploatuoti. Šios savybės, taip pat galimybė greitai pakeisti energijos kiekį, yra tik keletas savybių, dėl kurių šios kuro elementai yra pagrindinis kandidatas naudoti transporto priemonėse.

Kitas privalumas yra tas, kad elektrolitas yra kieta, o ne skysta medžiaga. Kietą elektrolitą lengviau laikyti dujas prie katodo ir anodo, todėl tokius kuro elementus yra pigiau gaminti. Palyginti su kitais elektrolitais, naudojant kietą elektrolitą, nėra tokių sunkumų kaip orientacija, yra mažiau problemų dėl korozijos atsiradimo, dėl kurio ląstelė ir jos komponentai gyvena ilgiau.

Kietojo oksido kuro elementai (SOFC)

Kieto oksido kuro elementai yra kuro elementai, kurių darbinė temperatūra yra aukščiausia. Darbinė temperatūra gali būti keičiama nuo 600 ° C iki 1000 ° C, o tai leidžia naudoti įvairius degalus be specialaus išankstinio apdorojimo. Norint susidoroti su šiomis aukštomis temperatūromis, naudojamas elektrolitas yra plonas, keramikos pagrindu pagamintas kietojo metalo oksidas, dažnai itrio ir cirkonio lydinys, kuris yra deguonies (O2-) jonų laidininkas. Kieto oksido kuro elementų naudojimo technologija buvo kuriama nuo 1950-ųjų pabaigos. ir turi dvi konfigūracijas: plokščią ir vamzdinę.

Kietasis elektrolitas suteikia hermetiškai uždarytą dujų perėjimą iš vieno elektrodo į kitą, o skysti elektrolitai yra porėtame substrate. Šio tipo kuro elementų krūvininkas yra deguonies jonas (O2-). Katode deguonies molekulės iš oro yra padalijamos į deguonies joną ir keturis elektronus. Deguonies jonai praeina per elektrolitą ir susijungę su vandeniliu sudaro keturis laisvuosius elektronus. Elektronai nukreipiami per išorinę elektros grandinę, sukuriantys elektros srovę ir atliekinę šilumą.

Reakcija anode: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e-
Katodo reakcija: O2 + 4e- => 2O2-
Bendroji elemento reakcija: 2H2 + O2 => 2H2O

Sukurtos elektros energijos efektyvumas yra didžiausias iš visų kuro elementų - apie 60%. Be to, aukšta darbinė temperatūra leidžia šilumai ir elektrai generuoti aukšto slėgio garus. Sujungus aukštos temperatūros kuro elementą su turbina, galima sukurti hibridinį kuro elementą, kuris padidintų elektros energijos gamybos efektyvumą iki 70%.

Kietojo oksido kuro elementai veikia esant labai aukštai temperatūrai (600 ° C - 1000 ° C), o tai užima daug laiko, kol pasiekiamos optimalios darbo sąlygos, o sistema reaguoja lėčiau į energijos suvartojimo pokyčius. Esant tokiai aukštai darbo temperatūrai, konverteris nėra reikalingas vandeniliui iš kuro išgauti, o tai leidžia šiluminei elektrinei dirbti su gana nešvariu kuru, gaunamu dujinant anglį ar išmetamas dujas ir panašiai. Be to, šis kuro elementas puikiai tinka naudoti didele galia, įskaitant pramonines ir dideles centrines elektrines. Modulių, kurių išėjimo elektros galia yra 100 kW, galima įsigyti.

Tiesioginio metanolio oksidavimo kuro elementai (POMTE)

Kuro elementų, tiesiogiai oksiduojančių metanolį, naudojimo technologija išgyvena aktyvų vystymosi laikotarpį. Ji sėkmingai įsitvirtino mobiliųjų telefonų, nešiojamųjų kompiuterių maitinimo srityje, taip pat kurdama nešiojamus maitinimo šaltinius. ko siekiama ateityje naudoti šiuos elementus.

Kuro elementų, turinčių tiesioginę metanolio oksidaciją, konstrukcija yra panaši į kuro elementus su protonų mainų membrana (MOPTE), t. polimeras naudojamas kaip elektrolitas, o vandenilio jonas (protonas) - kaip krūvio nešėjas. Tačiau skystas metanolis (CH3OH) oksiduojasi esant vandeniui prie anodo išskiriant CO2, vandenilio jonus ir elektronus, kurie nukreipiami per išorinę elektros grandinę, tokiu būdu sukuriant elektros srovę. Vandenilio jonai praeina per elektrolitą ir reaguoja su deguonimi iš oro ir elektronais iš išorinės grandinės, formuodami vandenį anode.

Reakcija anode: CH3OH + H2O => CO2 + 6H + + 6e-
Katodo reakcija: 3 / 2O2 + 6H + + 6e- => 3H2O
Bendroji elemento reakcija: CH3OH + 3 / 2O2 => CO2 + 2H2O

Šių kuro elementų kūrimas prasidėjo 1990-ųjų pradžioje. Kuriant patobulintus katalizatorius ir kitas naujausias naujoves, galios tankis ir efektyvumas padidėjo iki 40%.

Šie elementai buvo išbandyti 50–120 ° C temperatūros diapazone. Tiesioginės oksidacijos metanolio kuro elementai, turintys žemą veikimo temperatūrą ir nereikalaujantys keitiklio, yra geriausi kandidatai naudoti mobiliuosiuose telefonuose ir kitose vartojimo prekėse bei automobilių varikliuose. Šio tipo kuro elementų pranašumas yra mažas dydis dėl skystojo kuro naudojimo ir to, kad nereikia keitiklio.

Šarminiai kuro elementai (SHFC)

Šarminiai kuro elementai (ALFC) yra viena iš labiausiai ištirtų technologijų, naudojama nuo 1960-ųjų vidurio. NASA pagal „Apollo“ ir „Space Shuttle“ programas. Šiuose kosminiuose laivuose kuro elementai gamina elektrą ir geriamąjį vandenį. Šarminiai kuro elementai yra vienas iš efektyviausių elementų, naudojamų elektrai gaminti, o energijos gamybos efektyvumas siekia iki 70%.

Šarminiuose kuro elementuose naudojamas elektrolitas, tai yra vandeninis kalio hidroksido tirpalas, esantis porėtoje stabilizuotoje matricoje. Kalio hidroksido koncentracija gali skirtis priklausomai nuo kuro elemento darbinės temperatūros, kuri svyruoja nuo 65 ° C iki 220 ° C. SHFC krūvio nešiklis yra hidroksilo jonas (OH-), kuris juda iš katodo į anodą, kur jis reaguoja su vandeniliu, gamindamas vandenį ir elektronus. Vanduo, susidarantis anode, vėl juda į katodą, vėl generuodamas hidroksilo jonus. Šios reakcijos kuro elemente gamina elektrą ir, kaip šalutinį produktą, šilumą:

Reakcija anode: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Katodo reakcija: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Bendras sistemos atsakas: 2H2 + O2 => 2H2O

SHFC privalumas yra tas, kad šias kuro elementus yra pigiausia gaminti, nes elektrodams reikalingas katalizatorius gali būti bet kuri iš medžiagų, kurios yra pigesnės nei tos, kurios naudojamos kaip kitų kuro elementų katalizatoriai. Be to, SHFC veikia gana žemoje temperatūroje ir yra viena iš efektyviausių kuro elementų - tokios charakteristikos gali atitinkamai prisidėti prie energijos gamybos pagreitėjimo ir didelio kuro efektyvumo.

Vienas iš būdingų SHFC bruožų yra didelis jautrumas CO2, kurio gali būti degaluose ar ore. CO2 reaguoja su elektrolitu, greitai jį nuodija ir labai sumažina kuro elemento efektyvumą. Todėl SHTE galima naudoti tik uždarose erdvėse, tokiose kaip kosminės ir povandeninės transporto priemonės, jos turi veikti grynu vandeniliu ir deguonimi. Be to, tokios molekulės kaip CO, H2O ir CH4, kurios yra saugios kitiems kuro elementams ir netgi kai kuriems iš jų, yra kenksmingos SHFC.

Polimeriniai elektrolito kuro elementai (PETE)

Polimerinių elektrolitų kuro elementų atveju polimero membrana susideda iš polimero pluoštų su vandens sritimis, kuriose vandens jonų laidumas H2O + (protonas, raudonas) yra pritvirtintas prie vandens molekulės. Vandens molekulės kelia problemų dėl lėtos jonų mainų. Todėl tiek degaluose, tiek išleidimo elektroduose reikalinga didelė vandens koncentracija, kuri apriboja darbinę temperatūrą iki 100 ° C.

Kietojo rūgšties kuro elementai (TKTE)

Kietų rūgščių kuro elementuose elektrolite (CsHSO4) nėra vandens. Todėl darbinė temperatūra yra 100–300 ° C. Oksinių anijonų SO42 sukimasis leidžia judėti protonams (raudoniems), kaip parodyta paveikslėlyje.

Paprastai kieto rūgšties kuro elementas yra sumuštinis, kuriame labai plonas kieto rūgšties junginio sluoksnis yra sumontuotas tarp dviejų sandariai suspaustų elektrodų, kad būtų užtikrintas geras kontaktas. Kaitinant organinis komponentas išgaruoja, išeina per elektrodų poras, išlaikydamas daugybinių kontaktų tarp degalų (arba deguonies kitame elemento gale), elektrolito ir elektrodų galimybę.

Kuro elementų tipas	Darbinė temperatūra	Energijos gamybos efektyvumas	Kuro tipas	Taikymo sritis
RKTE	550-700 ° C	50-70%		Vidutinės ir didelės instaliacijos
FKTE	100-220 ° C	35-40%	Grynas vandenilis	Didelės instaliacijos
MOPTE	30-100 ° C	35-50%	Grynas vandenilis	Mažos instaliacijos
SOFC	450-1000 ° C	45-70%	Dauguma angliavandenilių kuro	Maži, vidutiniai ir dideli įrenginiai
POMTE	20–90 ° C	20-30%	Metanolis	Nešiojamieji įrenginiai
SHTE	50-200 ° C	40-65%	Grynas vandenilis	Kosmoso tyrinėjimas
PETE	30-100 ° C	35-50%	Grynas vandenilis	Mažos instaliacijos

Prisijunkite prie mūsų

Juos valdo JAV Nacionalinės aeronautikos ir kosmoso administracijos (NASA) erdvėlaiviai. Jie tiekia elektrą Pirmojo nacionalinio banko Omahoje kompiuteriams. Jie naudojami kai kuriuose viešuosiuose miesto autobusuose Čikagoje.

Tai visi kuro elementai. Kuro elementai yra elektrocheminiai prietaisai, kurie gamina elektrą nedegdami - chemiškai, panašiai kaip baterijos. Vienintelis skirtumas yra tas, kad jie naudoja kitas chemines medžiagas, vandenilį ir deguonį, o cheminės reakcijos produktas yra vanduo. Taip pat galima naudoti gamtines dujas, tačiau, žinoma, naudojant angliavandenilių kurą neišvengiama tam tikro anglies dioksido kiekio.

Kadangi kuro elementai gali veikti efektyviai ir be kenksmingų teršalų, jie žada tvarų energijos šaltinį, kuris padės sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų ir kitų teršalų išmetimą. Pagrindinė kliūtis plačiam kuro elementų naudojimui yra jų auksta kaina palyginti su kitais prietaisais, kurie gamina elektrą arba varo transporto priemones.

Vystymosi istorija

Pirmieji kuro elementai buvo parodyti sero Williamo Groveso 1839 m. Grovesas parodė, kad elektrolizės procesas - vandens padalijimas į vandenilį ir deguonį elektros srove yra grįžtamasis. Tai yra, vandenilis ir deguonis gali būti chemiškai sujungti, kad susidarytų elektra.

Po to, kai tai buvo įrodyta, daugelis mokslininkų su uolumu puolė tyrinėti kuro elementus, tačiau XIX amžiaus antroje pusėje išradus vidaus degimo variklį ir sukūrus naftos atsargų gavybos infrastruktūrą, kuro elementai buvo kur kas atsilikę. . Kuro elementų plėtrą dar labiau varžė jų brangumas.

Kuro elementų plėtra įvyko praėjusio amžiaus 5-ajame dešimtmetyje, kai NASA kreipėsi į juos dėl kylančio kompaktiško elektros generatoriaus poreikio skrydžiui į kosmosą. Lėšos buvo investuotos, todėl „Apollo“ ir „Gemini“ skrydžiai buvo atlikti su kuro elementais. Erdvėlaivius taip pat maitina kuro elementai.

Kuro elementai vis dar yra eksperimentinė technologija, tačiau kelios įmonės jas jau parduoda komercinėje rinkoje. Vien per pastaruosius beveik dešimt metų buvo padaryta didelė pažanga komercinių kuro elementų technologijų srityje.

Kaip veikia kuro elementas

Kuro elementai yra panašūs į įkraunamos baterijos- jie elektrą gamina cheminės reakcijos būdu. Priešingai, vidaus degimo varikliai degina kurą ir taip generuoja šilumą, kuri vėliau virsta mechanine energija. Nebent galima pasakyti, kad vidaus degimo variklio efektyvumas yra gana žemas, nebent šiluma iš išmetamųjų dujų būtų naudojama kaip nors (pavyzdžiui, šildymui ar oro kondicionavimui). Pavyzdžiui, tikimasi, kad transporto priemonės kuro elementų efektyvumas - šiuo metu rengiamas projektas - daugiau nei dvigubai padidins įprastų automobiliuose naudojamų benzininių variklių efektyvumą.

Nors baterijos ir kuro elementai elektrą gamina chemiškai, jie puikiai atlieka du dalykus. skirtingos funkcijos... Baterijos yra saugomi energijos įtaisai: jų generuojama elektra yra cheminės reakcijos, kurią sukelia jau esanti medžiaga, rezultatas. Kuro elementai nesaugo energijos, tačiau dalį energijos, gaunamos iš išorės tiekiamo kuro, paverčia elektra. Šiuo požiūriu kuro elementas yra panašesnis į įprastą elektrinę.

Yra keletas skirtingų kuro elementų tipų. Paprasčiausias kuro elementas susideda iš specialios membranos, vadinamos elektrolitu. Abiejose membranos pusėse naudojami milteliniai elektrodai. Šis dizainas - elektrolitas, apsuptas dviem elektrodais - yra atskiras elementas. Vandenilis teka į vieną pusę (anodas), o deguonis (oras) - į kitą (katodas). Prie kiekvieno elektrodo vyksta skirtingos cheminės reakcijos.

Anode vandenilis skyla į protonų ir elektronų mišinį. Kai kuriuose kuro elementuose elektrodus supa katalizatorius, paprastai pagamintas iš platinos ar kitų tauriųjų metalų, palengvinantis disociacijos reakciją:

2H2 ==> 4H + + 4e-.

H2 = diatominė vandenilio molekulė, forma, in

kuris vandenilis yra dujų pavidalu;

H + = jonizuotas vandenilis, t.y. protonas;

e- = elektronas.

Kuro elemento veikimas pagrįstas tuo, kad elektrolitas praleidžia protonus per save (link katodo), bet elektronai to nepadaro. Elektronai juda į katodą išilgai laidžios grandinės. Šis elektronų judėjimas yra elektros srovė, kuria galima važiuoti išorinis įrenginys prijungtas prie kuro elemento, pvz., elektros variklio ar lemputės. Šis prietaisas paprastai vadinamas „apkrova“.

Kuro elemento katodo pusėje protonai (praeinantys per elektrolitą) ir elektronai (praeinantys per išorinę apkrovą) „susijungia“ ir reaguoja su į katodą tiekiamu deguonimi, kad susidarytų vanduo H2O:

4H + + 4e- + O2 ==> 2H2O.

Bendras kuro elemento atsakas rašomas taip:

2H2 + O2 ==> 2H2O.

Savo darbe kuro elementai naudoja vandenilio kurą ir oro deguonį. Vandenilis gali būti tiekiamas tiesiogiai arba ekstrahuojant iš išorinio kuro šaltinio, pavyzdžiui, gamtinių dujų, benzino ar metanolio. Išorinio šaltinio atveju jis turi būti chemiškai transformuotas, kad gautų vandenilį. Šis procesas vadinamas „reformavimu“. Vandenilio taip pat galima gauti iš amoniako, alternatyvių išteklių, tokių kaip dujos iš miesto sąvartynų ir iš valymo įrenginių Nuotekos taip pat atliekant vandens elektrolizę, kurioje elektra naudojama vandeniui skaidyti į vandenilį ir deguonį. Šiuo metu daugumoje transporto srityje naudojamų kuro elementų technologijų naudojamas metanolis.

Kuro pertvarkymui kuriant vandenilį kuro elementams, skirtingomis priemonėmis... JAV energetikos departamentas benzino reformatoriaus viduje sukūrė kuro sistemą vandeniliui tiekti į autonominį kuro elementą. Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinės laboratorijos (JAV) tyrėjai pademonstravo kompaktišką reformatoriaus kuro gamyklą, dešimtadalį didesnę už maitinimo bloką. JAV komunalinių paslaugų įmonė „Northwest Power Systems“ ir „Sandia“ nacionalinė laboratorija parodė kuro reformatorių, kuris dyzelinį kurą paverčia vandeniliu kuro elementams.

Atskirai kuro elementai sukuria apie 0,7–1,0 voltų. Norėdami padidinti įtampą, elementai surenkami „kaskadoje“, t. nuoseklusis ryšys. Norint sukurti daugiau srovės, kaskadinių elementų rinkiniai sujungiami lygiagrečiai. Jei sujungsite kuro elementų kaskadas su kuro sistema, oro ir aušinimo sistema bei valdymo sistema, gausite kuro elementų variklį. Šis variklis gali vairuoti transporto priemonę, stacionarią elektrinę ar nešiojamąjį elektros generatorių6. Kuro elementų varikliai yra skirtingų dydžių priklausomai nuo paskirties, kuro elemento tipo ir naudojamo kuro. Pavyzdžiui, kiekvienos iš keturių atskirų 200 kW stacionarių jėgainių, įrengtų banke Omahoje, dydis yra maždaug toks, koks yra sunkvežimio priekaba.

Programos

Kuro elementai gali būti naudojami tiek stacionariuose, tiek mobiliuose įrenginiuose. Reaguodami į griežtesnes JAV išmetamų teršalų normas, automobilių gamintojai, įskaitant „DaimlerChrysler“, „Toyota“, „Ford“, „General Motors“, „Volkswagen“, „Honda“ ir „Nissan“, eksperimentavo ir demonstravo kuro elementų transporto priemones. Pirmosios komercinės kuro elementų transporto priemonės turėtų pasirodyti 2004 ar 2005 m.

Svarbiausias etapas kuro elementų technologijos istorijoje buvo „Ballard Power System“ eksperimentinio 32 pėdų miesto autobuso, varomo 90 kilovatų vandenilio kuro elementų varikliu, demonstravimas 1993 m. Birželio mėn. Nuo tada daugelis skirtingi tipai ir skirtingų kartų kuro elementų keleivinių transporto priemonių, varomų skirtingi tipai kuras. Nuo 1996 m. Pabaigos Palm Desert mieste, Kalifornijoje, buvo naudojami trys vandenilio kuro elementų golfo vežimėliai. Čikagos, Ilinojaus keliuose; Vankuveris, Britų Kolumbija; Norvegijoje, Osle, bandomi miesto kuro elementų autobusai. Šarminių kuro elementų taksi bandomi Londono gatvėse.

Taip pat demonstruojami stacionarūs įrenginiai, kuriuose naudojama kuro elementų technologija, tačiau jie dar nėra plačiai naudojami komerciškai. Pirmasis Omahos nacionalinis bankas Nebraskoje naudoja kuro elementų sistemą kompiuteriams maitinti, nes ji yra patikimesnė nei sena sistema valdomas iš tinklo su avariniu akumuliatoriaus maitinimo šaltiniu. Didžiausia pasaulyje komercinė sistema pašto apdorojimo centre Aliaskoje netrukus bus įrengta 1,2 MW galios kuro celė. Taip pat bandomi ir demonstruojami nešiojamieji kompiuteriai su kuro elementais, nuotekų valymo įrenginių valdymo sistemos ir pardavimo automatai.

"Už ir prieš"

Kuro elementai turi keletą privalumų. Nors efektyvumas šiuolaikiniai varikliai vidaus degimas yra tik 12-15%, kuro elementams šis santykis yra 50%. Kuro elementų efektyvumas gali išlikti gana aukštas aukštas lygis net ir tada, kai jie nenaudojami visa vardine galia, o tai yra didelis pranašumas prieš benzininius variklius.

Modulinė kuro elementų konstrukcija reiškia, kad kuro elementų jėgainės pajėgumą galima padidinti paprasčiausiai pridedant dar kelis etapus. Tai sumažina pajėgumų neišnaudojimo faktorių, kuris leidžia geriau suderinti pasiūlą ir paklausą. Kadangi kuro elementų bloko efektyvumą lemia našumas atskiri elementai, mažos kuro elementų jėgainės veikia taip pat efektyviai, kaip ir didelės. Be to, stacionarių kuro elementų sistemų atliekų šiluma gali būti naudojama vandeniui ir patalpoms šildyti, taip dar labiau padidinant energijos vartojimo efektyvumą.

Naudojant kuro elementus, kenksmingų teršalų praktiškai nėra. Varikliui dirbant grynu vandeniliu, šalutiniais produktais susidaro tik šiluma ir gryno vandens garai. Taigi toliau erdvėlaiviai astronautai geria vandenį, kuris susidaro dėl laive esančių kuro elementų veikimo. Išmetamųjų teršalų sudėtis priklauso nuo vandenilio šaltinio pobūdžio. Naudojant metanolį, azoto oksidai ir anglies monoksidas neišmeta nulinio kiekio ir angliavandeniliai išmetami tik nedaug. Išmetamų teršalų kiekis didėja pereinant nuo vandenilio prie metanolio ir benzino, nors net ir naudojant benziną, išmetimai išliks gana maži. Bet kokiu atveju, pakeitus šiandieninius tradicinius vidaus degimo variklius kuro elementais, bendras CO2 ir azoto oksido kiekis sumažėtų.

Kuro elementų naudojimas suteikia energijos infrastruktūrai lankstumo, kuriant papildomos funkcijos decentralizuotai elektros gamybai. Daugybė decentralizuotų energijos šaltinių leidžia sumažinti nuostolius perduodant elektros energiją ir plėtoti energijos rinkas (o tai ypač svarbu atokioms ir kaimo vietovėms, nesant prieigos prie elektros linijų). Naudojant kuro elementus, atskiri gyventojai ar rajonai gali apsirūpinti didžiąja dalimi elektros energijos ir taip žymiai padidinti jos naudojimo efektyvumą.

Kuro elementai siūlo energiją Aukštos kokybės ir padidėjo patikimumas. Jie yra patvarūs, neturi judančių dalių ir gamina pastovų energijos kiekį.

Tačiau kuro elementų technologijas reikia toliau tobulinti, kad padidėtų jų našumas, sumažėtų išlaidos ir taip kuro elementai taptų konkurencingi kitoms energetikos technologijoms. Reikėtų pažymėti, kad, atsižvelgiant į energetikos technologijų sąnaudų charakteristikas, reikėtų lyginti pagal visas sudedamąsias technologines charakteristikas, įskaitant kapitalo eksploatavimo išlaidas, teršalų išmetimą, energijos kokybę, ilgaamžiškumą, eksploatavimo nutraukimą ir lankstumą.

Nors vandenilio dujos yra geriausias kuras, infrastruktūros ar transporto bazės dar nėra. Artimiausioje ateityje aprūpinti elektrines vandenilio šaltiniais benzino, metanolio ar gamtinių dujų pavidalu, esamas sistemas iškastinio kuro atsargos (degalinės ir kt.). Tai nereikalautų specialių vandenilio degalinių, tačiau reikėtų, kad kiekvienoje transporto priemonėje būtų sumontuotas fosilių ir vandenilio keitiklis („reformatorius“). Šio požiūrio trūkumas yra tas, kad jis naudoja iškastinį kurą ir todėl išmeta anglies dvideginį. Metanolis, šiuo metu pagrindinis kandidatas, išmeta mažiau teršalų nei benzinas, tačiau tam reikėtų didesnės transporto priemonės talpos, nes ji užima dvigubai daugiau transporto priemonės. daugiau vietos su tuo pačiu energijos kiekiu.

Skirtingai nuo iškastinio kuro tiekimo sistemų, saulės ir vėjo sistemos (naudojant elektrą vandeniliui ir deguoniui iš vandens gaminti) ir tiesioginės fotokonversijos sistemos (naudojant puslaidininkines medžiagas ar fermentus vandeniliui gaminti) galėtų tiekti vandenilį be reformos etapo, taigi kenksmingų medžiagų išmetimas medžiagų galima išvengti, o tai pastebima naudojant metanolio ar benzino kuro elementus. Jei reikia, vandenilis kuro elementuose gali būti laikomas ir paverčiamas elektra. Kuro elementų derinimas su tokia atsinaujinančia energija greičiausiai bus veiksminga strategija, užtikrinanti produktyvų, ekologišką ir universalus šaltinis energijos.

IEER rekomenduoja vietos, federalinėms ir valstijų vyriausybėms dalį savo transporto pirkimo biudžeto skirti kuro elementų transporto priemonėms, taip pat stacionarios sistemos kuro elementas šilumai ir elektrai tiekti kai kuriuos svarbiausius ar naujus pastatus. Tai padės sukurti gyvybiškai svarbias technologijas ir sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą.

Kuro elementas Nr. 1 - medžiagos širdis (užduoties materijos įsčios)
Pirmasis „Aloy“ kuro elementas bus rastas dar nespėjus jo pilnai užpildyti atviras pasaulis... Po iniciacijos mūsų herojė atsidurs Motinos širdyje, šventoje Horų genties vietoje ir Matriarchų buveinėje.

Atsikėlęs iš lovos Aloy iš eilės eis per kelis kambarius ir viename iš jų užklys užplombuotas duris, kurių negalima atidaryti. Apsidairykite - netoliese bus ventiliacijos šachta, papuošta degančiomis žvakėmis. Jūs esate ten.

Eidami palei miną atsidursite užrakintų durų. Pažvelkite į grindis šalia žvakių ir ant sienos pritvirtintą paslaptingą dėžę - čia guli kuro elementas.

Svarbu: Jei dabar nepaimsite šios kuro elemento, vėl galėsite patekti į šią vietą tik vėlesniuose žaidimo etapuose, atlikę „Horos širdies“ užduotį.

Kuro elementas Nr. 2 - griuvėsiai
Eloy jau buvo šiuose griuvėsiuose - čia ji krito vaikystėje. Baigęs Iniciaciją, verta prisiminti savo vaikystę ir vėl sugrįžti čia - gauti antrą kuro elementą.

Įėjimas į griuvėsius atrodo taip, peršok drąsiai.

Jums reikia pirmojo griuvėsių lygio, dešiniojo dugno ploto, žemėlapyje pažymėto violetine spalva. Čia yra durys, kurias Aloy atidarys ietimi.

Užėjusi pro duris, lipk laiptais ir pasuk dešinėn - Eloy jaunystėje negalėjo praeiti pro šiuos stalaktitus, tačiau dabar ji ginčijasi. Vėl ištraukite ietį ir sulaužykite stalaktitus - kelias aiškus, belieka paimti ant stalo gulintį kuro elementą.

Kuro elementas Nr. 3 - pagrindinė riba (nustatyta pagrindinė riba)
Vykstame į šiaurę. Istorijos ieškojimų metu magistro Aloy's Reach tyrinėja milžiniškus Pirmtakų griuvėsius. Dvyliktajame griuvėsių lygyje paslėpta dar viena kuro elementas.

Reikia ne tik lipti į viršutinį griuvėsių lygį, bet ir pakilti šiek tiek aukščiau. Lipkite į išlikusią pastato dalį, kol atsidursite ant nedidelio ploto, atviro visiems vėjams.

Čia yra trečiasis kuro elementas. Beliko nusileisti.

Kuro elementas Nr. 4 - mirties lobis (mirties lobio paskyrimas)
Šis kuro elementas taip pat yra paslėptas šiaurinėje žemėlapio dalyje, tačiau jis yra daug arčiau Horos genties žemių. Eloy taip pat čia pateks per istorijos misiją.

Norėdami patekti į elementą, Aloy turi atkurti sandarų durų, esančių trečiame vietos lygyje, energijos tiekimą.

Norėdami tai padaryti, turite išspręsti nedidelį galvosūkį - lygyje žemiau durų yra du keturių reguliatorių blokai.

Pirmiausia spręskime kairįjį reguliatorių bloką. Pirmasis reguliatorius turėtų „pažvelgti“ į viršų, antrasis - į dešinę, trečias - į kairę, ketvirtas - į apačią.

Pravažiuojame iki reikiamo kvartalo. Nelieskite pirmųjų dviejų rankenėlių, trečioji ir ketvirtoji rankenėlės turėtų būti nukreiptos žemyn.

Kylame vienu lygiu aukštyn - štai paskutinis reguliatorių blokas. Teisinga tvarka yra: aukštyn, žemyn, kairėn, dešinėn.

Jei viską atliksite teisingai, tada visi valdikliai pakeis turkio spalvą, maitinimas bus atkurtas. Užlipkite atgal prie durų ir atidarykite jas - tai kitas kuro elementas.

Kuro elementas Nr. 5 - GAIA PRIME (kritusio kalno užduotis)
Galiausiai paskutinis kuro elementas - ir vėl siužeto linijoje. Eloy eina į GAIA PRIME griuvėsius.

Būkite ypač atsargūs, kai pateksite į trečią lygį. Kažkuriuo metu, priešais Eloy, bus patraukli bedugnė, į kurią galėsite nusileisti virve - jums to nereikia.

Geriau pasukti į kairę ir apžiūrėti paslėptą urvą, į jį galite patekti nusileidę kalno šlaitu.

Eik į vidų ir eik į priekį iki pat pabaigos. Paskutiniame kambaryje dešinėje bus stovas, ant kurio guli paskutinis kuro elementas.