Energy/gas Technologies Between Science and Applications

Gorivni clanci su elektrokemijski pretvaraci energije koji iz goriva proizvode elektricnu uz visok stupanj djelovanja i male ili cak nikakve emisije. Gorivni clanci imaju siroki spektar primjena od reda velicina 1 W pa i manje do 1 MW i vise. Primjene ukljucuju zamjenu za baterije u elektronickim aparatima, prenosni uređaji za proizvodnju elektricne energije, pricuvni (back-up) uređaji, pogon automobila i drugih vozila, stacionarna/distribuirana proizvodnja elektricne energije ili kogeneracija. Goriva za gorivne clanke su vodik, metanol, prirodni plin ili bioplin. Gorivni clanci koji koriste plin kao gorivo gotovo iskljucivo imaju primjenu u decentraliziranoj proizvodnji elektricne energije i kogeneraciji. Moguca je primjena za individualne stambene jedinice (reda velicina 1-5 kWel) ili za nekoliko jedinica i manje zgrade (5-20 kW), za vece potrosace, na primjer hotele, bolnice, poslovne zgrade, trgovacke centre i slicno (200-300 kW), pa do manjih elektrana (1-2 MW). Manje jedinice su obicno s gorivnim clancima membranskog tipa (tzv. PEM - Proton Exchange Membrane) ili u manjoj mjeri s krutim oksidom (SOFC), 200-300 kW jedinice koriste gorivne clanke s fosfornom kiselinom (PAFC), s rastopljenim karbonatom (MCFC) ili s krutim oksidom (SOFC) dok veliki uređaji koriste iskljucivo visokotemperaturne gorivne clanke (MCFC i SOFC). Membranski gorivni clanci zbog svoje niske radne temperature (60-80°C) i katalizatora na bazi platine imaju malu toleranciju na ugljicni monoksid pa zahtijevaju relativno cisti vodik kao gorivo. Za proizvesti reformat iz prirodnog plina s malim sastojkom ugljicnog monoksida (<100 ppm) potrebno je uz standardne procese reformacije s parom provesti i postupke precisavanja s selektivnom oksidacijom i/ili metanacijom sto ne samo povecava kompleksnost postrojenja nego utjece i na njegovu efikasnost pretvorbe. Također niska radna temperatura otežava iskoristenje otpadne topline za kogeneraciju. Zbog toga se razvijaju membrane koje mogu raditi na visim temperaturama (i do 140°C). Visokotemperaturni gorivni clanci nemaju problem s uglicnim monoksidom (kod MCFC ugljicni monoksid je i poreban kao gorivo) pa je sustav reformacije daleko jednostavniji, a u nekim slucajevima se proces reformacije može odigravati interno unutar samog uređaja. Glavne prednosti gorivnih clanaka su visok stupanj korisnog djelovanja u proizvodnji elektricne energije (40-50% pa i do 70% u hibridnim postrojenjima s parnim ili plinskim turbinama), mogucnost kogeneracije, tih rad, niske emisije i modularnost, sto omogucuje primjenu direktno u objektima. Zbog svojih karakteristika gorivni clanci su svakako nadolazeca tehnologija koja ce omoguciti decentralizaciju proizvodnje elektricne energije i kogeneraciju. U radu je dan prikaz ovih tehnologija, procjena supnja razvoja i kriticnih razvojnih pravaca, te njihove primjene s naglaskom na primjene onih gorivnih clanaka koji kao gorivo koriste prirodni plin.