使用氫氣發(fā)電不會產(chǎn)生任何破壞氣候的排放。但儲存和運(yùn)輸氫氣帶來了技術(shù)挑戰(zhàn)。考慮到這一點(diǎn)，弗勞恩霍夫（Fraunhofer）的研究人員使用氨作為起始材料，氨是一種更容易處理的氫衍生物。氨在高溫燃料電池堆中裂解，在此過程中產(chǎn)生的氫轉(zhuǎn)化為電能，過程的廢熱也可以加以利用。

　　人們對氫及其衍生物作為能源寄予厚望。它們在德國聯(lián)邦政府國家氫戰(zhàn)略的能源轉(zhuǎn)型部分發(fā)揮著核心作用。氨（NH3）已被確定為具有特別高的潛力，因?yàn)闅涓菀滓园钡男问絻Υ婧瓦\(yùn)輸。來自德累斯頓弗勞恩霍夫陶瓷技術(shù)與系統(tǒng)研究所（Fraunhofer IKTS）的Laura Nousch教授和一組研究人員開發(fā)了一種基于高溫燃料電池堆（固體氧化物燃料電池，SOFC）的演示器，該演示器可以使用氨直接高效地發(fā)電。電和熱在一個緊湊的系統(tǒng)中產(chǎn)生-沒有二氧化碳排放或其他有害的副產(chǎn)品。

　　氨變成氫，氫變成電

　　弗勞恩霍夫研究所（Fraunhofer）的研究員勞拉·諾施解釋了這種方法的優(yōu)點(diǎn)：“氨在化學(xué)工業(yè)中已經(jīng)使用了幾十年，例如生產(chǎn)肥料，所以處理這種物質(zhì)有既定的和熟悉的過程。然而，它仍然需要謹(jǐn)慎對待。氨作為氫的載體，能量密度高，同時也相對容易儲存和運(yùn)輸。氨是氣候友好型發(fā)電和熱能的理想起始材料。”

　　在這個過程中，氨首先被調(diào)節(jié)并送入裂化裝置，在那里它被加熱到300攝氏度或更高的溫度。作為反應(yīng)，它分解成氫（H2）和氮（N2）。當(dāng)這個過程完成后，氮可以簡單地與水蒸氣一起作為無害的廢氣釋放出來。然后，氫氣被送入高溫燃料電池（SOFC）。在陶瓷電解質(zhì)中，它流過陽極，而氣流流過陰極。氫分裂釋放出從陽極到陰極的電子。電流就是這樣開始流動的。除了水蒸氣，這種電化學(xué)反應(yīng)還產(chǎn)生熱能。這些熱量被用來保持裂解爐內(nèi)部的高溫，一部分作為廢熱釋放出來，能夠用于某些目的。

　　效率高達(dá)60%！

　　在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時，弗勞恩霍夫研究所的研究人員利用了他們幾十年來在陶瓷燃料電池堆方面的專業(yè)知識。該團(tuán)隊(duì)能夠建造一個燃料電池演示器，在一個設(shè)備中處理將氨分解成氫并隨后從中發(fā)電的整個過程。

　　這種方法的效率與以天然氣為基礎(chǔ)的方法一樣，能夠達(dá)到60%，但不同的是，氨SOFC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單且堅(jiān)固。對于想要無碳排放發(fā)電但沒有連接到未來核心氫網(wǎng)絡(luò)的小型工業(yè)公司，或者希望向客戶提供綠色熱能的市政當(dāng)局和當(dāng)?shù)毓檬聵I(yè)公司來說，該系統(tǒng)是完美的。通過這種方式，即使是大型船舶也可以配備以氨/氫為基礎(chǔ)的環(huán)保驅(qū)動器。

　　定制燃料電池系統(tǒng)

　　裂化爐的溫度越高，分解成氫氣的氨就越多。反過來，在較低的溫度下，也就是略高于400攝氏度，相當(dāng)一部分氨仍然存在。“然而，我們的測試表明，在高溫燃料電池中，氨分子也會完全分解成氫。這甚至可以提高系統(tǒng)的整體性能，”諾施說。這就為熱管理提供了多種選擇。“有針對性的設(shè)計(jì)和智能熱管理與燃料電池堆的功率和尺寸等方面的其他修改相結(jié)合。因此，我們能夠?yàn)闅夂蛴押眯桶l(fā)電和供熱設(shè)計(jì)定制解決方案，特別是為中小型企業(yè)，”她解釋說。

　　（素材來自：Fraunhofer IKTS 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）