鉅大LARGE | 點擊量：904次 | 2021年12月16日
弗勞恩霍夫研究所正在開發航運船舶用氨基燃料動力電池
每年，通過海運排放的二氧化碳達數億噸，對氣候造成嚴重危害。當全世界的科學家們在試驗新的推進方法來替代船上的燃料油時，作為一個國際財團的一部分，弗勞恩霍夫的研究人員正在開發氨基燃料電池。當氨被用作電動化的船舶的燃料時，它和氫一樣環保，而且處理起來更容易、更安全。
目前，氫是可持續能源領域的主要焦點：有計劃使用氫為公共汽車、商用車甚至汽車提供燃料。然而，位于美因茨的弗勞恩霍夫微工程和微系統研究所（FraunhoferInstituteforMicroengineeringandMicrosystemsIMM）正在研究另一種原料的可能性。作為ShipFC項目的一部分，弗勞恩霍夫研究所正與13個歐洲聯盟伙伴合作，開發世界上第一個用于航運的氨基燃料電池。弗勞恩霍夫的研究人員負責開發催化轉換器，它可以防止產生有害氣候的排放物。
海運是溫室氣體排放的主要來源。根據德國環境署（UBA）提供的信息，目前世界海洋上的海運造成了全球二氧化碳排放量的2.6%。2015年，二氧化碳排放量約為9.32億噸，而且這個數字每年都在增加。顯然，迫切需要采取對策。
ShipFC項目旨在證明新的無排放推進技術可以安全、可靠、平穩地工作，即使在大型船舶和長途航行中也是如此。該項目由挪威的NCE海事清潔技術公司協調，該公司致力于在海事領域開發環保技術。
氨的優點
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
氨在農業部門主要用作肥料。然而，它也可以作為一個高品質的能源載體。IMM能源部主任兼研究所副所長GuntherKolb教授解釋說：“氨比氫有顯著的優勢。氫必須以液體的形式儲存在-253攝氏度，或以氣體的形式儲存在700巴左右的壓力下。而液氨在標準壓力-33攝氏度下或900帕+20攝氏度下更容易儲存。這使得儲存和運輸這種能源載體變得相當簡單和直接。”
氨在氨裂解爐中分解成氮和氫，后者隨后在燃料電池中燃燒產生電能。催化轉化器可確保不會產生有害的氮氧化物，唯一的最終產品是水和氮氣。
燃料電池和催化轉化器的工作原理
從氨中發電的過程與氫基發電廠的功能相似。首先，氨（NH3）被送入裂變反應堆，在那里它被分解成氮氣（N2）和氫氣（H2），75%的氣體由氫組成，少量氨（NH3，100ppm）未轉化并留在氣流中。
其次，氮氣和氫氣被送入燃料電池，空氣被引入，讓氫氣燃燒并形成水，這個過程會產生電能。然而，氫并沒有在燃料電池中完全轉化。大約12%的氫和一些殘留的氨使燃料電池沒有損壞。然后，這些殘渣被送入FraunhoferIMM開發的催化轉化器中。在這里，空氣被引入，殘余物與涂有一層含有鉑的催化顆粒粉末層的波紋金屬箔接觸，這會引發化學反應。最終，唯一的最終產品是水和氮氣。整個反應過程甚至不會產生對環境有害的氮氧化物。
IMM的研究小組也在開發含有催化劑的反應器，這種反應器是被動的。反應器控制溫度和氣體流量。例如，它會在發動機啟動前預熱催化劑，因為它在冷態時效率較低。為了使廢氣凈化過程盡可能高效，流經催化轉化器的氣體溫度可能在500攝氏度左右。
弗勞恩霍夫IMM的研究人員在開發反應器方面有幾十年的經驗，包括在運輸和移動領域廣泛應用的催化劑。總部位于美因茨的研究所有9個試驗臺，但凈化2兆瓦容量的氨燃料電池廢氣仍然是一項技術挑戰。“我們必須進一步發展現有的氨動力燃料電池技術，而且船上的催化轉化器顯然比普通汽車大得多。”科爾布說。
催化轉化器試驗臺：用于測試催化轉化器的所有功能及其在廢氣凈化中的效率。弗勞恩霍夫IMM總共有九個試驗臺。
項目的狀態
IMM團隊計劃在2021年底完成一個初始的小型原型，然后在2022年底完成一個實際尺寸的原型。2023年下半年，第一艘裝有氨動力燃料電池的船將把挪威船務公司艾德斯維克（Eidesvik）旗下的供應船“維京能源”號（VikingEnergy）出海。之后，其他類型的船只，如貨船，將配備氨動力燃料電池。
氨的未來潛力
氨由ShipFC財團的合伙人YARA提供。這家化工公司目前生產的氨占全世界使用量的三分之一。ShipFC項目使用“綠色”氨，即從可再生能源生產的氨。
ShipFC正為一艘此前被低估的能源航母打開重大機遇。IMM研究員GuntherKolb闡述道：“我們認為氨不是氫的直接競爭對手，而是可持續能源領域的一個額外選擇。憑借其儲能優勢，這項環保發電技術肯定能發揮作用。在船上使用它只是一個開始。”
氨的潛力也得到了政治層面的認可，歐盟為ShipFC項目提供了1000萬歐元的財政支持。
