Brandstofcellen, de toekomst voor verwarming in residentiële gebouwen?

Transcriptie

1 Brandstofcellen, de toekomst voor verwarming in residentiële gebouwen? Daniel Küpper ing. Van Marcke College Eerste vraag: wat is een brandstofcel? Antwoord: een batterij! Het verschil met een gewone batterij: Een gewone batterij loopt leeg en is plat Een brandstofcel wordt bevoorraadt met waterstof! 1

2 Principe van een normale batterij: Electro-chemische reactien tussen Een oxidator (die makkelijk een elektron opneemt) & Een reductor (die makkelijk een elektron afgeeft)...gescheiden door een electroliet. brandstofcel: Zelfde principe maar... reductor = waterstof(h 2 ) oxidator= zuurstof(o 2 ) 2

3 Volgende vraag: Waar vind ik waterstof? Antwoord: op 2 manieren Ik laat het leveren Ik gebruik het ter plaatse(in het stooklokaal) Stockage & levering van H 2 Explosiegevaar Productie van waterstof is zeer duur (produktievia electrolyse die energiegebruikt... om er opnieuwte maken!) 3

4 C x H y + O 2 + N 2 Warmte+ CO 2 + H 2 O + N 2 Scheiding door"cracking" ter plaatse (rol van de reformer) Geen explosiegevaar, productie ter plaatse op aanvraag. Geschikt voor produktie SWW Modulerend Betrouwbaar Voornaamste onderdeel van de brandstofcel: de reformer, Die breekthetgasin 2: Waterstof wordt van de koolstof gescheiden! 4

5 Een batterij produceert gelijkstroom, Een gelijkrichter zet de gelijkstroom om in wisselstroom! (geïntegreerd in het toestel) Fotovoltaïsche omvormer Voordeel van de brandstofcel De brandstofcelisnietsandersdan eenvormvan warmtekrachtkoppeling: eengelijktijdigeproductievan warmteen electriciteitmet eenhogerrendement dan bij afzonderlijke produktie! 5

6 Als we elektriciteit zouden produceren met enkel kerncentrales Het rendement van een Thermische of een kerncentrale isin de ordevan 40 %! 60 % van de energieisverloren...! Als we elektriciteit zouden produceren met enkel elektriciteitscentrales! 6

7 En de CO 2... (thermische centrale) En het radioaktief afval... (kerncentrale) Als we elektriciteit zouden produceren met enkel elektriciteitscentrales! En brandstofcellen? We moeten dringend alternatieven vinden! 7

8 Andere vormen van warmtekrachtkoppeling Explosie motor Stirling motor Anderevormenvan warmtekrachtkoppeling Microturbines Ranking cyclus De explosiemotor is gekend uit de automobielsector 8

9 De Stirling motorof motor met uitwendige verbranding Dit type motor bestaat reeds duizenden jaren (grieken, romeinen?) 9

10 Het gemeenschappelijke punt van deze technieken is de gelijktijdige produktie van warmte en elektriciteit. Het verschil is de verhouding tussen de geproceerde warmte en elektriciteit! Bijvoorbeeld, de Stirling motor vraagt minimum 6 KW thermische energie voor 1 kw elektische productie. Omdat in de nieuwbouw-sector waarden van 4 5 kw courant zijn, is deze motor niet geschikt!!! De brandstofcel daarentegen biedt een verhouding 1/1 : 50 % warmteproduktie voor 50 % elektriciteitsproduktie. Dit systeem is beter geschikt voor goed geïsoleerde nieuwbouw! De automobielbranche heeft veel ervaring 10

11 Soorten batterijen (in funktievan hetelectroliet) AFC: Alkaline Fuel Cell PEMFC : Polymer Exchange Membran Fuel Cell DMFC: Direct Methanol Fuel Cell PAFC : Phosphoric Acid Fuel Cell MCFC: Molten Carbonate Fuel Cell SOFC: Solid Oxid Fuel Cell Meer gevraagd voor residentiële toepassingen want modilerend en op lagere temperatuur Type AFC PEMFC DMFC Electroliet KOH Membrane polymère Membrane polymère Ionen OH - H + H + Temperatuur C C C Brandstof H 2 H 2 Methanol Oxydant O 2 air air Toepassing ruimtevaart auto, laptop, WWK laptop Huidig stadium In gebruik prototype prototype 11

12 Tendance pour applications résidentielles car ne nécessite pas de réformeur! Type PAFC MCFC SOFC Electroliet fosforzuur Li 2 CO 3 et KCO 3 ZrO 2 et Y 2 O 3 Ionen H + C O 2- Temperatuur C C C Brandstof H 2 H 2 H 2 Oxydant lucht lucht lucht Toepassing WKK WKK, prod.centr., maritiem Huidig stadium WKK, prod.centr., auto rijp prototype prototype Wij informeerden onze partners en klanten op de congressen van Van Marcke in Sorrento(2005), Rhodos(2008) en Malta (2011), over de vooruitgang op gebied van brabdstofcellen. Toen waren de meeste apparaten prototypes. Vandaag zijn enkele merken op de markt!

13 60 C Zusatz WEZ 15 kw Pufferspeicher BZ 1 - ca.3 kwth 40 C De hydraulische aansluiting is bijna even eenvoudig als van een ketel. Men moet een goed gedimensioneerd buffervat voorzien! Verteilsystem 13

14 Voordelen van de brandstofcel Energiezuinig Minder uitstoot van vervuiling Minder broeikasgas Minder geluid Geen trillingen Elektrische en thermische autonomie Goede verdeling warmte/elektriciteit Lage onderhoudskosten Van Marcke denkt Big Blue 14

15 Zijn er nog vragen? Merci de votre attention 15