A impressão 3D de peças de células de combustível reduz custos (enormemente)

A impressão 3D de peças de células de combustível reduz custos (enormemente).

A Mohawk Innovative Technology recorre ao Velo3D para reduzir o preço dos sopradores de reciclagem de gases de escape anódicos em 60%.

Os hidrocarbonetos são bem conhecidos por liberar poluentes quando queimados. No entanto, como parece agora, nem sempre será necessário queimá-los para gerar energia.

Uma abordagem promissora, que emerge da fase de investigação – para a fase de comercialização – é a tecnologia de pilhas de combustível de óxido sólido (SOFC). O potencial fica claro através de uma parceria entre a Mohawk Innovative Technology e a Velo3D.

O Departamento de Energia dos EUA (DOE) investe em SOFCs há anos (750 milhões de dólares desde 1995, de acordo com o seu website) como parte do esforço contínuo para descarbonizar a produção de energia.

O DOE descreve um SOFC como um dispositivo eletroquímico que produz eletricidade diretamente a partir da oxidação de um combustível hidrocarboneto (geralmente gás natural), eliminando a etapa de combustão real. Basicamente, um SOFC atua como uma bateria de vida infinita que é constantemente recarregada – sem queimar o gás que a recarrega.

Pacote pequeno, grande produção de energia

José Luis Córdoba, Ph.D., vice-presidente de engenharia da Mohawk Innovative Technology Inc. (MITI), disse:

As células a combustível de óxido sólido são muito atraentes porque produzem muita energia em pacotes muito pequenos.

Trabalhando em vários programas financiados pelo DOE, a Mohawk é uma empresa de 28 anos, com sede em Albany, Nova York, especializada em 'CleanTech' - o projeto de turbomáquinas de alta eficiência, econômicas, de baixo impacto ambiental e isentas de óleo. produtos, incluindo turbogeradores de energia renovável, turbocompressores/sopradores isentos de óleo e motores elétricos.

“As SOFCs são compactas e podem ser construídas em uma fábrica e depois transportadas para o local específico onde serão necessárias para apoiar a produção de energia distribuída”, disse Jose Luis Cordova.

“Compare isso com a usual usina centralizada de multimegawatts que leva bilhões de dólares e muitos anos para ser instalada. SOFCs também são muito eficientes. Ao contrário de uma bateria normal, elas não perdem energia com o tempo porque, desde que você forneça os reagentes, você poderá continuar as reações eletroquímicas praticamente indefinidamente.”

Embora mais de 40.000 unidades de células de combustível de 100 quilowatts (cada uma capaz de abastecer 50 residências) tenham sido enviadas em todo o mundo em 2019, a adoção generalizada da tecnologia foi limitada devido ao fato de muitos dos componentes SOFC serem caros de fabricar e ao desgaste desses componentes. rapidamente graças à exposição aos mesmos gases que tornam o seu funcionamento tão eficiente.

Enfrentando problemas de custo e durabilidade

Para ajudar a superar esses desafios, a Mohawk projetou algumas dessas peças críticas para uma vida mais longa e maior eficiência. Um exemplo é o soprador de reciclagem de gases de escape anódicos (AORB) – um componente essencial do “equilíbrio da planta” (o maquinário que dá suporte à pilha de combustível da SOFC).

Durante a operação, cada célula de combustível utiliza apenas cerca de 70% do gás que alimenta. O restante dos aproximadamente 30% passa direto pelo sistema junto com a água (produto da reação eletroquímica).

“Você não quer jogar fora os restos de gás ou água, você quer devolvê-los ao início do processo”, disse José Luis Cordova. “E é aí que entra o AORB; é essencialmente um compressor ou ventilador de baixa pressão que recicla o escapamento e o devolve para a frente da célula de combustível.”

“Os projetistas do equilíbrio da planta SOFC estavam pensando que este soprador seria uma unidade pronta para uso”, disse Jose Luis Cordova (uma planta SOFC típica de 250 kW empregaria dois deles]).

“Mas devido aos gases de processo no sistema, os sopradores tradicionais tendem a corroer e degradar; o hidrogênio da mistura ataca as ligas de que são feitos os sopradores e também danifica os ímãs e os componentes elétricos dos motores que alimentam os sopradores. A maioria dos sopradores também contém lubrificantes, como óleo, que também se degradam.”

“Assim, você acaba com sopradores de confiabilidade muito baixa – representando uma parcela significativa do custo do equilíbrio da planta – e sua planta SOFC precisa de uma revisão a cada duas a quatro mil horas.”