Новое устройство - для «зеленого» электричества и отопления в доме
В то время как к так называемым «умным сетям электроснабжения» все повышается интерес в последнее время, некоторые исследователи и эксперты по объектам жизнеобеспечения населения начинают размышлять на нечто большем. Энергоснабжение в доме может стать высокопроизводительным и целиком отвечать на команды. Это все, что необходимо человеку от обычной электрической сети. Конечно, данная концепция имеет свои недостатки, которые, в основном, относятся к способу выработки энергии. Группа инженеров из прославленного Института Фраунгофера (Германия) разработала супер-эффективный керамический топливный элемент, который может быть использован дома для выработки как электричества, так и тепла, из природного газа.
Когда электричество выработано на централизованной станции и распределено по сети, существующие электроны должны быть использованы в короткий срок, чтобы сохранить хоть какое-то подобие общей мощности. Это не изменится до тех пор, пока не будет улучшена технология производства аккумуляторов. Топливный элемент основан на природном газе, и он производит столько электричества, сколько необходимо для вашего дома или офиса, однако стоимость таких устройств уже долгое время является большой проблемой. Например, всем известно, насколько дорогие автомобили, работающие на топливных элементах.
Если нам просто необходима локальная выработка электричества, почему бы не использовать недорогой генератор? Такие генераторы есть, но они не такие эффективные, как топливный элемент. Генератор использует углеводородный источник энергии и преобразует химическую энергию в тепловую (горение), затем последнюю он преобразует в механическую энергию для работы самого генератора. В итоге получается электричество, но происходит потеря некоторого количества энергии в ходе этого процесса. Топливный элемент использует источник энергии (в данном случае – природный газ) и использует паровой риформинг для его разложения в газ, богатый водородом. Затем ионы кислорода проходят электрохимическое окисление с атомами водорода на аноде для выработки электроэнергии с очень небольшой потерей.
Большая часть стоимости топливного элемента зависит от выбора анодного материала. Во многих элементах используется платина, но исследователи из Института Фраунгофера использовали керамический материал в качестве анода в этом топливном элементе из твердого оксида (т.е. керамики). Твердый топливный элемент не такой дорогой, а также его легче сделать, чем топливный элемент с протонообменной мембраной, который сейчас тестируется в автомобилях. Однако, если сравнивать, то керамический топливный элемент производит намного больше тепла (до 850 ºС), что в десять раз больше, чем вырабатывает элемент с протонообменной мембраной. К счастью, керамика выдерживает высокие температуры.
Чтобы решить проблему с таким нагреванием, исследователи просто говорят: «Ну, теперь этот топливный элемент еще и печка».
Очень кстати то, что конечный продукт размером с обычную печку, но производит он и тепло, и электричество. Размеры же самого топливного элемента примерно равны упаковке с CD-дисками. Когда необходимо отопление, топливный элемент может производить достаточное количество тепла для обогрева дома, но когда погода улучшается, избыток тепла необходимо куда-то выпускать (предпочтительно наружу). Выработка энергии соответствует ожиданием несколько больше. Когда устройство достигает пика производительности, оно может вырабатывать 1 киловатт. Этого достаточно для обеспечения электроэнергией семью из четырех человек.
Институт Фраунгофера сотрудничал с производителем обогревателей Vaillant, чтобы создать тестовую версию этого топливного элемента, который можно повесить на стену. Несколько из этих устройств были установлены в частные дома, чтобы проверить их работу в реальных условиях. Всего в этом году запланировано 150 тестов.
По материалам ExtremeTech.
Анастасия Полянская nauka21vek.ru