Твердооксидные топливные элементы, которые могут сыграть ключевую роль в сокращении выбросов CO2 — усилия DENSO по решению двух проблем для улучшения экологических показателей

May 20, 2023

Г-н Осуги из отдела исследований и разработок топливных элементов нового поколения выступил с презентацией о необходимости твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) и о том, как DENSO улучшает их экологические показатели.

【Докладчик】 Такамаса Осуги, Отдел развития СЕГ, Отдел разработки экологически нейтральных систем. КОРПОРАЦИЯ ДЕНСО

Самопрезентация

Добрый вечер. Я объясню ТОТЭ. Позвольте мне кратко представиться. С момента прихода в DENSO я работал в неавтомобильной сфере, особенно в разработке продукции для жилищного строительства, поэтому мой карьерный путь в DENSO очень редкий. С 2019 года я отвечаю за бизнес-планирование ТОТЭ.

Что такое ТОТЭ? SOFC означает твердооксидный топливный элемент и представляет собой устройство для выработки электроэнергии из водорода. Химическая реакция в ТОТЭ противоположна реакции в ТОТЭ. Электричество генерируется в результате химической реакции между водородом и кислородом. Существуют различные типы топливных элементов. На этом слайде в качестве примеров показаны PEFC и SOFC. Поскольку в ТОТЭ в качестве электролита используется керамический материал, он может работать при высоких температурах (около 700°C), что означает высокий КПД. Можно использовать различные виды топлива, такие как водород, городской газ и пропан.

Зачем нужны ТОТЭ? Водородное общество не будет полностью питаться водородом. Водородное топливо и различные виды углеродно-нейтрального топлива будут использоваться до тех пор, пока водород не получит широкого распространения. Таким образом, ожидается, что ТОТЭ, которые могут работать на различных типах топлива, сыграют ключевую роль в плавном сокращении выбросов CO₂ на пути к водородному обществу.

Позвольте мне объяснить, почему в дополнение к водороду можно использовать углеродное топливо, в том числе городской газ и биогаз. ТОТЭ включает в себя систему риформинга для преобразования различных типов топлива в водород, который затем используется для выработки электроэнергии.

Две проблемы улучшения экологических показателей ТОТЭ. Вначале я упомянул, что ТОТЭ обладают высокой эксплуатационной эффективностью. Мы работаем над дальнейшим улучшением экологических показателей. Я хотел бы объяснить два основных вопроса. (Показывая на слайд) Первый вопрос — повторное использование топлива на выходе из батареи элементов. На этой схематической диаграмме показан процесс выработки электроэнергии. Топливо загружается сверху, а электроэнергия вырабатывается в белой цилиндрической ячейке. В идеале, когда входное количество водородного топлива равно 100, все оно должно быть израсходовано в батарее элементов для выработки электроэнергии, и на выходе батареи элементов не должно оставаться водородного топлива. Однако, если используется весь водород, батарея элементов портится, поэтому ее контролируют, чтобы не израсходовать топливо. Эжектор, показанный вверху этой схемы, играет ключевую роль. Созданный на основе запатентованной технологии DENSO, это высококачественный и очень надежный компонент, который также используется в автомобильных кондиционерах. Эжектор перерабатывает (рециркулирует) неиспользованное топливо на выходе, чтобы минимизировать потери водорода, тем самым повышая эффективность выработки электроэнергии. Вторая проблема заключается в контроле температуры для максимизации эффективности. ТОТЭ работают наиболее эффективно в определенном температурном диапазоне. Также очень важно добиться равномерной и подходящей температуры. Чтобы полностью использовать тепло, выделяемое при выработке электроэнергии, мы используем нашу технологию управления температурным режимом, чтобы повысить долговечность. Вся компания работала над применением технологий, усовершенствованных в автомобильной сфере, к другим продуктам.

Цель DENSO Наконец, позвольте мне объяснить цель DENSO. На графике в левой части этого слайда выработка электроэнергии отложена на горизонтальной оси, а эффективность выработки электроэнергии — на вертикальной оси. Мощность и эффективность крупных теплоэлектростанций показаны в правой части этого графика. Мы стремимся уменьшить размеры ТОТЭ, которые производят электроэнергию более эффективно, чем электростанции, продолжая при этом повышать эффективность. Мы собираемся начать демонстрационную оценку путем установки систем ТОТЭ на заводах DENSO. Наше видение будущего показано в правой части этого слайда. Углеродно-нейтральные виды топлива не получат широкого распространения в ближайшее время, поэтому первым шагом является экономия энергии за счет использования высокоэффективных ТОТЭ. По мере распространения углеродно-нейтральных видов топлива мы будем способствовать декарбонизации и энергетической безопасности, используя характеристики распределенного источника энергии. Мы надеемся помочь создать «общество цикла благополучия» посредством разработки ТОТЭ.