¿Cuándo un motor de combustión interna no es un motor de combustión interna? Cuando se ha transformado en un reactor de reforma modular que podría hacer que el hidrógeno esté disponible para alimentar las celdas de combustible donde haya un suministro de gas natural disponible
Al agregar un catalizador, una membrana de separación de hidrógeno y sorbente de dióxido de carbono al centenario ciclo del motor de cuatro tiempos, los investigadores han demostrado un sistema de reforma de hidrógeno a escala de laboratorio que produce el combustible verde a una temperatura relativamente baja en un proceso que puedeEl proceso podría proporcionar hidrógeno en el punto de uso para celdas de combustible residenciales o plantas de energía vecinas, electricidad y producción de energía en vehículos a gas natural, abastecimiento de combustible de autobuses municipales u otros vehículos a base de hidrógeno.y complementar las fuentes de energía renovables intermitentes, como la energía fotovoltaica.
Conocido como el CO 2 / H 2 Reactor de pistón de membrana activa CHAMP, el dispositivo funciona a temperaturas mucho más bajas que los procesos convencionales de reformado con vapor, consume sustancialmente menos agua y también podría funcionar con otros combustibles como metanol o materia prima derivada de origen biológico. También captura y concentra dióxido de carbonoemisiones, un subproducto que ahora carece de un uso secundario, aunque eso podría cambiar en el futuro.
A diferencia de los motores convencionales que funcionan a miles de revoluciones por minuto, el reactor funciona a solo unos pocos ciclos por minuto, o más lentamente, dependiendo de la escala del reactor y la tasa requerida de producción de hidrógeno. Y no hay bujías porqueno hay combustible quemado
"Ya tenemos una infraestructura de distribución de gas natural en todo el país, por lo que es mucho mejor producir hidrógeno en el punto de uso en lugar de tratar de distribuirlo", dijo Andrei Fedorov, profesor del Instituto de Tecnología de Georgia que ha estado trabajando en CHAMP desde 2008"Nuestra tecnología podría producir este combustible de elección donde esté disponible el gas natural, lo que podría resolver uno de los principales desafíos con la economía del hidrógeno".
Un artículo publicado el 9 de febrero en la revista Investigación de Química Industrial e Ingeniería describe el modelo operativo del proceso CHAMP, que incluye un paso crítico de adsorción interna de dióxido de carbono, un subproducto del proceso de reforma de metano, para que pueda concentrarse y expulsarse del reactor para su captura, almacenamiento o utilización. Otras implementaciones delel sistema ha sido reportado como trabajo de tesis por tres graduados de doctorado de Georgia Tech desde que comenzó el proyecto en 2008. La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias, el Departamento de Defensa a través de becas NDSEG y la Fundación de Investigación y Desarrollo Civil de EE. UU. CRDF Global.
La clave del proceso de reacción es el volumen variable proporcionado por un pistón que sube y baja en un cilindro. Al igual que con un motor convencional, una válvula controla el flujo de gases dentro y fuera del reactor a medida que el pistón se mueve hacia arriba y hacia abajo.El sistema de cuatro tiempos funciona así :
"Todas las piezas del rompecabezas se han unido", dijo Fedorov, profesor de la Facultad de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff de Georgia Tech. "Los desafíos futuros son principalmente de naturaleza económica. Nuestro próximo paso sería construir unreactor CHAMP a escala piloto "
El proyecto se comenzó a abordar algunos de los desafíos para el uso de hidrógeno en las celdas de combustible. La mayor parte del hidrógeno que se usa hoy en día se produce en un proceso de reforma a alta temperatura en el que el metano se combina con vapor a unos 900 grados Celsius.El proceso de escala requiere hasta tres moléculas de agua por cada molécula de hidrógeno, y el gas de baja densidad resultante debe transportarse a donde se utilizará.
El laboratorio de Fedorov realizó por primera vez cálculos termodinámicos sugiriendo que el proceso de cuatro tiempos podría modificarse para producir hidrógeno en cantidades relativamente pequeñas donde se utilizaría. Los objetivos de la investigación eran crear un proceso de reforma modular que pudiera operar entre 400y 500 grados centígrados, use solo dos moléculas de agua por cada molécula de metano para producir cuatro moléculas de hidrógeno, pueda reducir la escala para satisfacer las necesidades específicas y capturar el dióxido de carbono resultante para su potencial utilización o secuestro.
"Queríamos repensar por completo cómo diseñamos los sistemas de reactor", dijo Fedorov. "Para obtener el tipo de eficiencia que necesitábamos, nos dimos cuenta de que necesitaríamos cambiar dinámicamente el volumen del recipiente del reactor. Observamos los sistemas mecánicos existenteseso podría hacer esto, y me di cuenta de que esta capacidad se podía encontrar en un sistema que ha tenido más de un siglo de mejoras: el motor de combustión interna ".
El sistema CHAMP podría ampliarse o reducirse para producir los cientos de kilogramos de hidrógeno por día necesarios para una estación de repostaje automotriz típica, o unos pocos kilogramos para un vehículo individual o celda de combustible residencial, dijo Fedorov. El volumen y el pistónla velocidad en el reactor CHAMP se puede ajustar para cumplir con las demandas de hidrógeno al tiempo que se cumplen los requisitos para la eficiencia de separación y regeneración del sorbente de dióxido de carbono de la membrana de hidrógeno. En el uso práctico, es probable que múltiples reactores funcionen juntos para producir una corriente continua de hidrógenonivel de producción deseado.
"Tomamos la planta de procesamiento químico convencional y creamos un análogo usando la magnífica maquinaria del motor de combustión interna", dijo Fedorov. "El reactor es escalable y modular, por lo que podría tener un módulo o cien módulos dependiendo de cómomucho hidrógeno que necesitabas. Los procesos para reformar el combustible, purificar el hidrógeno y capturar la emisión de dióxido de carbono se combinan en un solo sistema compacto ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por John Toon. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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