ES2319209T3 - Uso de un dispositivo de almacenamiento de amoniaco en la produccion de energia. - Google Patents
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Abstract
Una unidad de generación de energía eléctrica que comprende (i) un dispositivo de almacenamiento de amoniaco en forma de un recipiente que comprende un complejo de sal metálica para absorción y liberación de amoniaco de fórmula general: Ma(NH3)nXz en la que M es uno o más cationes seleccionados de metales alcalinos tales como Li, Na, K, o Cs, metales alcalinotérreos tales como Mg, o Ca, y metales de transición tales como V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu o Zn o combinaciones de los mismos tales como NaAl, KAl, K 2Zn, CsCu o K2Fe, X es uno o más aniones seleccionados de iones fluoruro, cloruro, bromuro, yoduro, nitrato, tiocianato, sulfato, molibdato y fosfato, a es el número de cationes por molécula de sal, z es el número de aniones por molécula de sal y n es el número de coordinación de 2 a 12, y (ii) medios para calentar dicho recipiente y la sal de absorción y liberación de amoniaco para liberar gas amoniaco (iiia) una célula de combustible para convertir el amoniaco directamente en energía eléctrica; o (iiib1) un reactor para disociar el amoniaco en hidrógeno y nitrógeno y (iiib2) una célula de combustible para convertir el hidrógeno en energía eléctrica.
Description
Uso de un dispositivo de almacenamiento de
amoniaco en la producción de energía.
Esta invención se refiere al uso de un
dispositivo de almacenamiento de amoniaco que contiene un complejo
de amina metálica para el almacenamiento reversible de amoniaco en
forma sólida. Tras la liberación, el amoniaco se usa bien
directamente como combustible en células de combustible o se
descompone en dihidrógeno y dinitrógeno que, después de una etapa de
purificación opcional, puede usarse como combustible en células de
combustible.
Las posibles ventajas de usar células de
combustible han recibido una significativa atención. La aplicación
de dihidrógeno o amoniaco como combustible, por ejemplo, en células
de combustible, es atractiva debido a que no genera emisiones
contaminantes [Hoogers, Thompsett, CatTech 2000, 3, 106]. En
instalaciones de producción a gran escala, el dihidrógeno o el
amoniaco se produce a partir de carbón, nafta o gas natural
[Dybkjaer, en Ammonia: Catalysis and Manufacture (Ed. Nielsen),
Springer, 1995] y vapor y aire. Esto genera obviamente CO_{2}
pero, mediante la aplicación de estrategias de secuestro apropiadas
[Lackner, Annu. Rev. Energy Environ. 2002, 27, 193], el amoniaco o
el dihidrógeno pueden producirse, si se desea, sin ninguna
liberación neta de óxidos de carbono. Hasta ahora, el centro
principal ha sido usar dihidrógeno como combustible. Sin embargo,
esta atractiva aplicación se ha dificultado debido a los problemas
de almacenar cantidades suficientes de dihidrógeno en forma gaseosa
e incluso líquida [Schlapbach & Züttel, Nature 2001, 414, 353].
Para vencer esta dificultad, se han propuesto diversos materiales
para almacenamiento de hidrógeno sólido, pero la capacidad de
almacenamiento gravimétrico del hidrógeno todavía es baja y el
almacenamiento reversible y la liberación del hidrógeno requiere
presión y temperatura relativamente altas. Actualmente, la atención
se centra en el uso de hidruros químicos complejos [documento WO
03/04553 A2], pero todavía no hay materiales que satisfagan las
especificaciones definidas por el Departamento de energía de EE.UU.
[www.energy.gov]. Debido a que el dihidrógeno no puede almacenarse
todavía con una eficiencia volumétrica suficiente, se han
investigado alternativas. Entre las fuentes de dihidrógeno más
prometedoras, el metanol ha atraído una atención significativa tanto
como una posible fuente de dihidrógeno que puede transportarse
fácilmente o bien para uso en la célula de combustible directa de
metanol [Hogart, Prospects of the direct methanol fuel cell, Fuel
cell technology handbook (2003)]. Sin embargo, en comparación con
el dihidrógeno o el amoniaco como combustible, esto requeriría tanto
el secuestro centralizado del CO_{2} en la instalación de
producción de metanol como también el secuestro descentralizado en
cada célula de combustible en funcionamiento, si tuvieran que
evitarse todas las contribuciones nocivas al equilibrio ecológico.
Se han encontrado necesariamente problemas similares con todos los
demás combustibles que contienen carbono para células de
combustible tales como por, ejemplo, metano, gasolina, diesel y
etanol. El amoniaco ya se produce en instalaciones a gran escala con
capacidades de producción diarias que pueden ser superiores a 3000
toneladas métricas. Se ha calculado que, en términos de eficiencia
global, el amoniaco es una atractiva alternativa al metanol
[Metkemeijer & Achard, Int. J. Hydrogen Energy 1994, 19,
535].
El amoniaco o los complejos de amina, es decir,
compuestos de coordinación en los que el amoniaco está unido a un
ión metálico, se conocen desde el siglo XIX y muchos de tales
compuestos se consideran hoy en día compuestos inorgánicos
clásicos. En la bibliografía antigua, los complejos de amina se
formaban frecuentemente haciendo reaccionar sales metálicas con
amoniaco gaseoso. Similarmente, en muchos casos se demostró que
podrían formarse nuevos compuestos que contenían menos o incluso no
contenían amoniaco mediante degradación térmica controlada de
diversos complejos de amina.
Es muy bien sabido en la técnica que el amoniaco
puede usarse directamente como combustible para ciertas células de
combustible a alta temperatura [Wojcik, Middleton, Damopoulos, van
Herle, J. Power Sources, 2003, 118, 342]. Similarmente, se sabe que
el amoniaco puede descomponerse catalíticamente en mezclas de
dihidrógeno, dinitrógeno y amoniaco sin reaccionar que pueden
usarse directamente como combustible en, por ejemplo, células de
combustible alcalinas (AFC) [Kordesch y col., J. Power Sources 2000,
86, 162], pero sólo después de la eliminación de las trazas de
amoniaco en otros tipos, tales como en células de combustible de
membrana de intercambio de protones (PEM) [Chellappa y col., Appl.
Catal. A., 2002, 227, 231]. Actualmente ya existe una
infraestructura que permite el transporte de amoniaco líquido,
principalmente para uso en agricultura. Además, el amoniaco es uno
de los productos químicos de los que se producen mayores cantidades
a escala mundial. Por tanto, hay muchas posibles ventajas de usar
amoniaco para el almacenamiento reversible de hidrógeno. Sin
embargo, una desventaja particular ha prohibido la posibilidad de
desarrollar esta tecnología, y es la dificultad de un transporte
conveniente y seguro de amoniaco [Schlögl, Angew. Chem. Int. Ed.
2003, 42, 2004]. El uso de amoniaco almacenado en forma líquida en
recipientes presurizados a temperatura ambiente puede dar como
resultado la liberación incontrolada de grandes cantidades de
amoniaco tóxico en caso de daño físico del recipiente. Un objeto de
la presente invención es vencer esta dificultad y hacer un uso
eficiente del amoniaco como combustible en células de combustible
y/o como fuente de dihidrógeno también para uso en células de
combustible.
\newpage
El documento US 2003/219371 A1 desvela una
célula de combustible que comprende un almacenamiento de urea/agua
que genera amoniaco que se usa directamente en una célula de
combustible o se disocia en hidrógeno y nitrógeno en un reactor y
luego se alimenta a una célula de combustible.
Se ha sugerido que tales complejos de amina
metálica pueden usarse para aumentar la eficiencia de las plantas
de producción de amoniaco permitiendo la fácil separación del
amoniaco de la mezcla de equilibrio mediante adsorción por cambio
de presión [Liu & Aika, Chem. Lett. 2002, 798].
Además, se ha demostrado el uso de los complejos
de amina para enfriamiento y refrigeración, en los que los ciclos
de absorción y desorción se emplean para una eficiente producción de
frío.
La presente invención se diferencia claramente
de estas dos aplicaciones de la absorción reversible de amoniaco en
sales metálicas en que la invención considera el uso de dichos
complejos como portadores de energía, situándose así la invención
dentro de un campo técnico completamente diferente.
En un primer aspecto, la invención se refiere a
una unidad de generación de energía eléctrica que comprende
(i) un dispositivo de almacenamiento de amoniaco
en forma de un recipiente que comprende una sal de absorción y
liberación de amoniaco de fórmula general:
M_{a}(NH_{3})_{n}X_{z} en la que M es uno o
más cationes seleccionados de metales alcalinos, metales
alcalinotérreos y metales de transición tales como Li, Na, K, Cs,
Mg, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu o Zn o combinaciones de los mismos
tales como NaAl, KAl, K_{2}Zn, CsCu o K_{2}Fe, X es uno o más
aniones seleccionados de iones fluoruro, cloruro, bromuro, yoduro,
nitrato, tiocianato, sulfato, molibdato, fosfato y clorato, a es el
número de cationes por molécula de sal, z es el número de aniones
por molécula de sal y n es el número de coordinación de 2 a 12,
(ii) medios para calentar dicho recipiente y la
sal de absorción y liberación de amoniaco para liberar gas amoniaco
y
(iiia) una célula de combustible para convertir
el amoniaco directamente en energía eléctrica; o
(iiib1) un reactor para disociar el amoniaco en
hidrógeno y nitrógeno y
(iiib2) una célula de combustible para convertir
el hidrógeno en energía eléctrica.
En un segundo aspecto, la invención se refiere
al uso de un dispositivo de un almacenamiento de amoniaco en forma
de un recipiente que comprende una sal de absorción y liberación de
amoniaco de fórmula general:
M_{a}(NH_{3})_{n}X_{z} en la que M es uno o
más cationes seleccionados de metales alcalinos, metales
alcalinotérreos y metales de transición tales como Li, Na, K, Cs,
Mg, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu o Zn o combinaciones de los mismos
tales como NaAl, KAl, K_{2}Zn, CsCu o K_{2}Fe, X es uno o más
aniones seleccionados de iones fluoruro, cloruro, bromuro, yoduro,
nitrato, tiocianato, sulfato, molibdato, fosfato y clorato, a es el
número de cationes por molécula de sal, z es el número de aniones
por molécula de sal y n es el número de coordinación de 2 a 12 como
fuente de energía en una unidad de generación de energía eléctrica
que comprende
(1) medios para calentar dicho recipiente y la
sal de absorción y liberación de amoniaco para liberar gas
amoniaco,
(2a) una célula de combustible para convertir el
amoniaco directamente en energía eléctrica; o que comprende
(2b1) un reactor para disociar el amoniaco en
hidrógeno y nitrógeno y
(2b2) una célula de combustible para convertir
el hidrógeno en energía eléctrica.
La invención se desvela más en detalle con
referencia a los dibujos en los que
la fig. 1 muestra esquemáticamente partes de
una realización de una unidad de generación de energía según la
invención,
la fig. 2 muestra esquemáticamente partes de
una realización preferida de una unidad de generación de energía
según la invención, y
la fig. 3 muestra esquemáticamente partes de
otra realización preferida de una unidad de generación de energía
según la invención,
las figs. 4 y 5 son diagramas que muestran la
liberación de amoniaco a partir de
Ni(NH_{3})_{6}Cl_{2} y
Mg(NH_{3})_{6}Cl_{2}, respectivamente, con
calentamiento,
las figs. 6-10 muestran patrones
de difracción de rayos X de ZnCl_{2}, CuSO_{4}, MgCl_{2} y
NiCl_{2}, respectivamente, después de la exposición a 1 bar (100
kPa) de amoniaco gaseoso a temperatura ambiente,
las figs. 11 y 12 muestran patrones de
difracción de rayos X de MgCl_{2} después de la absorción y
desorción de amoniaco y después de una segunda absorción,
respectivamente,
la fig. 13 es un diagrama que muestra
oscilaciones de presión de amoniaco en un volumen de separación
cuando el calentamiento se enciende/apaga,
la fig. 14 es un diagrama que muestra
oscilaciones de temperatura de un sistema de
Mg(NH_{3})Cl_{2} como resultado de
encender/apagar un calentamiento por resistencias eléctricas,
la fig. 15 es un diagrama que muestra la
producción de hidrógeno de la descomposición de amoniaco sobre Ru o
Ba/Ru como una función de la temperatura.
La presente invención se basa en el uso de un
dispositivo de almacenamiento de amoniaco que contiene sales de
amina metálica como medio de almacenamiento sólido para amoniaco que
a su vez se usa, tanto en su forma pura como después de la
descomposición en una mezcla de gases que contiene dinitrógeno y
dihidrógeno, como carga de alimentación para una unidad de
producción de energía tal como una célula de combustible. La sal de
amina metálica es una sal que libera amoniaco por calentamiento,
durante el cual actúa como una sal de liberación de amoniaco.
Después de liberarse todo o parte del amoniaco contenido en la amina
metálica, es posible adsorber el amoniaco sobre el sólido
resultante, y la sal actúa como una sal de absorción de amoniaco.
Por tanto, la sal de amina metálica constituye un medio de
almacenamiento sólido reversible para amoniaco que representa una
opción segura y práctica para el almacenamiento y el transporte de
amoniaco. El amoniaco se libera normalmente de la sal de amina
metálica preferida mediante calentamiento de la sal hasta
temperaturas en el intervalo de 10-550ºC.
La presente invención puede usarse para
instalaciones de producción de energía a gran escala y, mediante el
uso de pequeños recipientes de almacenamiento de amoniaco
recargables y/o sustituibles combinados con reactores de
descomposición de amoniaco fabricados a escala micro/miniaturizados,
también es posible proporcionar energía para unidades móviles y
dispositivos portátiles tales como un ordenador portátil.
Los medios de almacenamiento de amoniaco sólido
según la presente invención pueden contener sustancias que se unen
al amoniaco en forma de un complejo químico. Éstos incluyen sales
iónicas, particularmente cloruros y/o sulfatos de uno o más metales
alcalinos, metales alcalinotérreos y/o uno o más elementos del
subgrupo 3d. Las sales iónicas incluyen MgCl_{2}, MgBr_{2},
Mg(ClO_{4})_{2}, ZnCl_{2},
Zn(NO_{3})_{2}, ZnBr_{2}, Znl_{2},
ZnSO_{4}, K_{2}ZnCl_{4}, (NH_{4})_{2}ZnCl_{4},
(NH_{4})_{3}
ZnCl_{5}, Ca(NO_{3})_{2}, CaBr_{2}, Cal_{2}, CaCl_{2}, Ca(ClO_{4})_{2} BaCl_{2}, BaBr_{2}, Bal_{2}, Ba(NO_{3})_{2}, BeCl_{2}, FeCl_{2}, Fe(NO_{3})_{2}, FeCl_{3}, FeBr_{2}, Fel_{2}, FeSO_{4}, Fe(CNS)_{2}, K_{2}FeCl_{5} SrCl_{2}, SrBr_{2}, Srl_{2}, Co(NO_{3})_{2}, CoCl_{2}, CoBr_{2}, Col_{2}, CoSO_{4}, Co(CNS)_{2}, CoCl_{3}, NiCl_{2}, Nil_{2}, NiSO_{4}, Ni(NO_{3})_{2}, Ni(ClO_{4})_{2}, MnCl_{2}, MnBr_{2}, Cu(NO_{3})_{2}, CuCl_{2}, CuBr_{2}, CuI_{2}, CuSO_{4}, CrCl_{2}, NH_{4}AlCl_{4}, KAlCl_{4}, NH_{4}Cl, NaBr, CsCuCl_{3}, TaCl_{2}, SnCl_{2}, PbCl_{2}, Li_{2}SO_{4}, Li_{3}PO_{4} y LiCl_{2}.
ZnCl_{5}, Ca(NO_{3})_{2}, CaBr_{2}, Cal_{2}, CaCl_{2}, Ca(ClO_{4})_{2} BaCl_{2}, BaBr_{2}, Bal_{2}, Ba(NO_{3})_{2}, BeCl_{2}, FeCl_{2}, Fe(NO_{3})_{2}, FeCl_{3}, FeBr_{2}, Fel_{2}, FeSO_{4}, Fe(CNS)_{2}, K_{2}FeCl_{5} SrCl_{2}, SrBr_{2}, Srl_{2}, Co(NO_{3})_{2}, CoCl_{2}, CoBr_{2}, Col_{2}, CoSO_{4}, Co(CNS)_{2}, CoCl_{3}, NiCl_{2}, Nil_{2}, NiSO_{4}, Ni(NO_{3})_{2}, Ni(ClO_{4})_{2}, MnCl_{2}, MnBr_{2}, Cu(NO_{3})_{2}, CuCl_{2}, CuBr_{2}, CuI_{2}, CuSO_{4}, CrCl_{2}, NH_{4}AlCl_{4}, KAlCl_{4}, NH_{4}Cl, NaBr, CsCuCl_{3}, TaCl_{2}, SnCl_{2}, PbCl_{2}, Li_{2}SO_{4}, Li_{3}PO_{4} y LiCl_{2}.
La presente invención se refiere a una unidad de
generación de energía eléctrica que comprende
(i) un dispositivo de almacenamiento de amoniaco
en forma de un recipiente que comprende una sal de absorción y
liberación de amoniaco de fórmula general:
M_{a}(NH_{3})_{n}X_{z} en la que M es uno o
más cationes seleccionados de metales alcalinos, metales
alcalinotérreos y metales de transición tales como Li, Na, K, Cs,
Mg, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu o Zn o combinaciones de los mismos
tales como NaAl, KAl, K_{2}Zn, CsCu o K_{2}Fe, X es uno o más
aniones seleccionados de iones fluoruro, cloruro, bromuro, yoduro,
nitrato, tiocianato, sulfato, molibdato, fosfato y clorato, a es el
número de cationes por molécula de sal, z es el número de aniones
por molécula de sal y n es el número de coordinación de 2 a 12,
(ii) medios para calentar dicho recipiente y la
sal de absorción y liberación de amoniaco para liberar gas amoniaco
y
(iiia) una célula de combustible para convertir
el amoniaco directamente en energía eléctrica; o
(iiib1) un reactor para disociar el amoniaco en
hidrógeno y nitrógeno y
(iiib2) una célula de combustible para convertir
el hidrógeno en energía eléctrica.
El uso de materiales de almacenamiento de
amoniaco para el almacenamiento de energía se considera nuevo. La
capacidad de aminas metálicas para absorber y para desorber amoniaco
es muy conocida en la bibliografía, pero sus posibilidades como
portadores de energía no se han propuesto hasta ahora. Este hallazgo
y la demostración del uso de estas sales como portadores de energía
viables se alejan de toda la tecnología existente, y las altas
densidades de energía de los mismos materiales proporciona un salto
con respecto a las densidades de almacenamiento factibles para el
hidrógeno. Además, el sistema es sorprendentemente seguro en
comparación con prácticamente todos los demás portadores de
energía, y especialmente los medios de almacenamiento de hidrógeno
conocidos. Al mismo tiempo, las sales de aminas metálicas pueden
liberar amoniaco/hidrógeno a velocidades mucho mayores de lo que es
posible para medios de almacenamiento de hidrógeno sólido
comparables. Recapitulando, las sales de aminas metálicas resuelven
varios problemas que dificultan el uso de los medios existentes para
el almacenamiento de energía proporcionando mayor densidad de
energía, mejora en la seguridad del usuario, manejo y transporte
más simple, buena compatibilidad con la mayoría o todos los tipos
conocidos de células de combustible y/o cinéticas de liberación más
favorables que las tecnologías existentes para almacenar combustible
para células de combustible.
Una unidad de generación de energía de la
invención puede ser una unidad desechable para uso en dispositivos
que tienen tiempo de uso esperado limitado y en los que se desea una
alta densidad de energía como sustitución de la tecnología de
baterías tradicional en, por ejemplo, ordenadores portátiles, o como
fuente de energía para, por ejemplo, radiotransmisores para uso en
áreas desiertas o en el espacio.
Según una realización preferida de la invención,
la unidad de generación de energía eléctrica comprende medios para
añadir amoniaco para saturar la sal de absorción y liberación de
amoniaco con amoniaco convirtiendo la unidad en recargable que se
prefiere para usos en los que el consumo de energía es considerable
con respecto a la capacidad de almacenamiento de amoniaco de la
unidad.
Durante la liberación de amoniaco, la sal de
amina metálica del complejo original de fórmula
M_{a}(NH_{3})_{n}X_{z} se transforma
gradualmente en otro complejo de fórmula
M_{a}(NH_{3})_{m}X_{z} en la que m<n.
Cuando se ha liberado todo el amoniaco deseado,
M_{a}(NH_{3})_{m}X_{z} puede convertirse de
nuevo en M_{a}(NH_{3})_{n}X_{z} mediante un
tratamiento de absorción con una corriente de gas que contiene
amoniaco. Preferentemente, la adsorción de amoniaco se lleva a cabo
a una temperatura inferior a 100ºC haciendo pasar simplemente el gas
que contiene amoniaco a través de la sal de absorción de
amoniaco.
Contenidos de hidrógeno típicos de los complejos
de amina metálica están en el intervalo del 3-14% en
peso, preferentemente superiores al 5% en peso. Para varias sales
de aminas metálicas es posible liberar todo el amoniaco y luego
transformar el material resultante de nuevo en la sal de amina
metálica original en un gran número de ciclos. Esto constituye
obviamente realizaciones preferidas. Para unidades móviles y para
pequeños dispositivos portátiles es particularmente útil contener
la amina metálica en un recipiente que pueda separarse de la célula
de combustible y recargarse con amoniaco en una unidad de recarga
separada.
Contenidos de amoniaco típicos de los complejos
de amina metálica están normalmente en el intervalo del
20-60% en peso, preferentemente superiores al 30%
en peso. En una realización preferida de la invención, la sal de
absorción y liberación de amoniaco es
Mg(NH_{3})_{6}Cl_{2}, que contiene el 51,7% en
peso de amoniaco. Por tanto, la presente invención ofrece
almacenamiento de amoniaco a densidades significativamente mayores
(tanto en una base en volumen como en peso) que tanto el amoniaco
acuoso como la urea acuosa que casi se aproximan a la densidad de
volumen de amoniaco del amoniaco líquido.
Ventajosamente se usa un medio de almacenamiento
sólido que contiene cloruro de magnesio. En condiciones ambiente,
el cloruro de magnesio almacena hasta 6 moléculas de amoniaco por
ión magnesio, formando
Mg(NH_{3})_{6}
Cl_{2}. Este medio de almacenamiento tiene una densidad aproximada de 1,2 gramos/cm^{3}, conduciendo a una cantidad almacenada de 620 gramos de amoniaco por litro de medio de almacenamiento. Si el hidrógeno de este amoniaco se libera mediante descomposición, pueden liberarse 109 gramos de hidrógeno. Esta densidad de hidrógeno es comparable a la densidad teórica del hidrógeno de hidruros complejos como NaBH_{4} o LiAlH_{4}, mientras que los medios de almacenamiento de la presente invención son a la vez más seguros y convenientes desde un punto de vista tecnológico.
Cl_{2}. Este medio de almacenamiento tiene una densidad aproximada de 1,2 gramos/cm^{3}, conduciendo a una cantidad almacenada de 620 gramos de amoniaco por litro de medio de almacenamiento. Si el hidrógeno de este amoniaco se libera mediante descomposición, pueden liberarse 109 gramos de hidrógeno. Esta densidad de hidrógeno es comparable a la densidad teórica del hidrógeno de hidruros complejos como NaBH_{4} o LiAlH_{4}, mientras que los medios de almacenamiento de la presente invención son a la vez más seguros y convenientes desde un punto de vista tecnológico.
Usando Mg(NH_{3})_{6}Cl_{2},
la presión de vapor del amoniaco a 25ºC sólo será 0,002 bar (0,2
kPa), aumentando hasta aproximadamente 8 bar (0,008 kPa) a 200ºC.
Un dispositivo según la presente invención puede funcionar
ventajosamente de manera que la presión del amoniaco esté entre 1,5
y 10 bar (0,0015 y 0,01 kPa).
En otro complejo preferido de
Li(NH_{3})_{4})Cl o
Li(NH_{3})_{5})Cl, el contenido de amoniaco
podría elevarse al 62% en peso y al 67% en peso,
respectivamente.
En una realización preferida de la invención, la
sal está en forma de un fino polvo de microcristales o se localiza
sobre un material de soporte poroso que facilita la manipulación de
la misma y el mantenimiento en el dispositivo de
almacenamiento.
En una realización de la invención, el medio
para calentar está en forma de un dispositivo de calentamiento por
resistencia eléctrica.
El calor requerido para liberar el amoniaco
puede generarse mediante calentamiento por resistencia eléctrica
que es simple de controlar, pero también puede generarse mediante
una reacción química exotérmica en la que el amoniaco o el
hidrógeno se oxida de un modo conocido en sí y/o mediante
intercambio de calor con la unidad de producción de energía.
El suministro de energía a la microelectrónica
de sistemas microelectromecánicos se ve afectado por la paradoja de
que la unidad de generación de energía es frecuentemente mayor que
el propio dispositivo y para el funcionamiento remoto y autónomo,
la densidad de energía tiene que aumentarse espectacularmente con
respecto a incluso la mejor tecnología de baterías de ión litio
[Holladay, Jones, Phelps y Hu, J. Power Sources 108 (2002)
21-27]. Para aumentar la densidad de energía se
desarrollan células de combustible de tamaño micro, pero de nuevo
el problema principal es el almacenamiento de, por ejemplo,
hidrógeno como combustible. El uso de hidrocarburos o alcoholes
tales como metanol requiere muchas etapas de evaporación, reformado
y depuración de CO, junto con la manipulación tanto de fases
líquidas como gaseosas que son difíciles de integrar y controlar en
un chip. El dispositivo de almacenamiento de amoniaco combinado con
una célula de combustible tolerante con el amoniaco simplifica
enormemente la integración y el control en un chip y aumenta la
densidad de energía en un orden de magnitud en comparación con la
tecnología de baterías.
Para aplicaciones a escala muy pequeña, todo el
recipiente y el medio para calentar se fabrican a escala micro
usando procedimientos tales como molienda mecánica, deposición
química de vapor (CVD), deposición química de vapor asistida por
plasma (PECVD), resonancia ciclotrónica de electrones (ECR),
bombardeo catódico, grabado, procedimientos litográficos tales como
litografía por haz de electrones, fotolitografía o litografía
láser.
Las unidades de generación de energía de tamaño
micro según la invención pueden fabricarse a escala micro usando
procedimientos conocidos en sí tales como molienda mecánica,
deposición química de vapor (CVD), deposición química de vapor
asistida por plasma (PECVD), resonancia ciclotrónica de electrones
(ECR), bombardeo catódico, grabado, procedimientos litográficos
tales como litografía por haz de electrones, fotolitografía o
litografía láser.
Cuando el amoniaco se disocia en hidrógeno y
nitrógeno antes de usarse según una realización de la invención, un
reactor para disociar el amoniaco contiene preferentemente un
catalizador heterogéneo para acelerar los procedimientos y reducir
el aporte de energía necesario.
Cuando el amoniaco se disocia en hidrógeno y
nitrógeno, en algunos casos se prefiere purificar el gas del
amoniaco restante antes de alimentar el gas a la célula de
combustible. Tal purificación del gas puede realizarse usando o una
disolución acuosa ácida tal como H_{2}SO_{4} 2M o una sal de
absorción de amoniaco del tipo M_{a}X_{z} de fórmula tal como
MgCl_{2}. Mediante ambos procedimientos, los niveles de amoniaco
residual pueden disminuirse hasta por debajo de 10 ppm. Según la
presente invención, esta etapa de purificación también puede
llevarse a cabo usando medios ácidos sólidos, compuestos de alta
área superficial tales como carbón activado y/u otras sales de
absorción de amoniaco del tipo M_{a}X_{z}.
Un catalizador heterogéneo comprende
adecuadamente un soporte que lleva una fase activa. El soporte está
constituido por un material térmicamente estable con una alta área
superficial tal como una cerámica, facilitándose la dispersión de
la fase activa.
Se prefiere que la fase activa comprenda
nanopartículas dispersas (que tienen un tamaño en el intervalo de
hasta 100 nanómetros) de metales de transición o compuestos de los
mismos tales como Co_{3}Mo_{3}N, Ru, Co, Ni y Fe o mezclas de
los mismos. La fase activa se promueve preferentemente con metales
alcalinos o metales alcalinotérreos tales como K, Ca y/o Ba.
Una unidad de generación de energía según la
invención puede comprender adicionalmente un dispositivo de
combustión en el que una parte del hidrógeno producido en el
reactor, el hidrógeno sin reaccionar de la célula de combustible o
una mezcla de los mismos se oxida para proporcionar calor para
calentar el dispositivo de almacenamiento de amoniaco para
proporcionar la energía requerida para llevar a cabo los
procedimientos en la unidad de generación de energía.
En los casos en los que el amoniaco se
descompone en dihidrógeno y dinitrógeno, el calor requerido puede
generarse similarmente mediante calentamiento por resistencia
eléctrica y/o a partir de una reacción exotérmica y/o mediante
intercambio de calor con la unidad de producción de energía. El
procedimiento preferido de calentamiento depende de qué tipo de
célula de combustible se usa, y particularmente de la temperatura de
funcionamiento de la célula de combustible. Sin embargo, en todos
los casos hay una ventaja significativa de suministrar el calor
necesario para la desorción del amoniaco y para la posible
descomposición del amoniaco directamente a partir de la célula de
combustible mediante calentamiento por resistencias eléctricas o
indirectamente mediante intercambio de calor bien con la propia
célula de combustible o a partir del calor generado por la
combustión controlada del gas de salida de la célula de
combustible. El calor también puede generarse usando directamente
una menor fracción de dihidrógeno de la unidad de descomposición en
una reacción de combustión.
El calor también puede generarse usando
directamente una fracción menor de dihidrógeno de la unidad de
descomposición en una reacción de combustión. Si la invención se
usa con una célula de combustible alcalina que funciona a
temperatura elevada (normalmente hasta 260ºC), una opción preferida
es usar una sal de absorción y liberación de amoniaco que libere
amoniaco por debajo de la temperatura de funcionamiento de la célula
de combustible.
En una realización preferida de la invención, la
unidad de generación de energía comprende además un dispositivo de
combustión en el que una fracción del hidrógeno producido en el
reactor, el hidrógeno sin reaccionar de la célula de combustible o
una mezcla de los mismos se oxida para proporcionar calor para
calentar dicho reactor para disociar el amoniaco.
En otra realización preferida de la invención,
la unidad de generación de energía comprende además un dispositivo
de combustión en el que una fracción del amoniaco liberado del
almacenamiento de amoniaco, el amoniaco sin reaccionar de la célula
de combustible o una mezcla de los mismos se oxida para proporcionar
calor para calentar dicho dispositivo de almacenamiento de
amoniaco.
En otra realización preferida de la invención,
la unidad de generación de energía comprende además un dispositivo
de combustión en el que una fracción del amoniaco liberado del
almacenamiento de amoniaco, el amoniaco sin reaccionar de la célula
de combustible o una mezcla de los mismos se oxida para proporcionar
calor para calentar dicho reactor para disociar el amoniaco.
Se prefiere especialmente que los constituyentes
de una unidad de generación de energía según la invención estén
dimensionados para proporcionar el equilibrio completo de toda la
unidad reduciéndose el volumen de y la pérdida de energía en la
unidad de generación de energía eléctrica. Equilibrar la unidad
estará constituido por optimizar las dimensiones de los tubos,
flujos, aislamiento, temperaturas, etc. para obtener la salida
óptima de la energía eléctrica de la unidad de generación de energía
eléctrica.
La unidad de generación de energía según la
invención es especialmente adecuada para proporcionar una fuente de
energía de tamaño micro para dispositivos microelectrónicos o
sistemas microelectromecánicos (MEMS).
Un reactor para disociar el amoniaco es
preferentemente una parte de un sistema eléctrico de tamaño micro
que se fabrica a escala micro usando procedimientos conocidos en sí
tales como molienda mecánica, deposición química de vapor (CVD),
deposición química de vapor asistida por plasma (PECVD), resonancia
ciclotrónica de electrones (ECR), bombardeo catódico, grabado,
procedimientos litográficos tales como litografía por haz de
electrones, fotolitografía o litografía láser.
Según la invención es posible dividir el reactor
para disociar el amoniaco en dos partes, una parte funciona a una
baja temperatura que disocia la mayor parte del amoniaco y la otra
parte funciona a una alta temperatura que disocia la última
fracción presente de amoniaco. Tal sistema reduce el área que va a
mantenerse a alta temperatura, reduciéndose así la cantidad de
pérdida de calor.
En otro aspecto, la invención se refiere al uso
de un dispositivo de almacenamiento de amoniaco en forma de un
recipiente que comprende una sal de absorción y liberación de
amoniaco de fórmula general:
M_{a}(NH_{3})_{n}X_{z} en la que M es uno o
más cationes seleccionados de metales alcalinos, metales
alcalinotérreos y metales de transición tales como Li, Na, K, Cs,
Mg, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu o Zn o combinaciones de los mismos
tales como NaAl, KAl, K_{2}Zn, CsCu o K_{2}Fe, X es uno o más
aniones seleccionados de iones fluoruro, cloruro, bromuro, yoduro,
nitrato, tiocianato, sulfato, molibdato, fosfato y clorato, a es el
número de cationes por molécula de sal, z es el número de aniones
por molécula de sal y n es el número de coordinación de 2 a 12 como
fuente de energía en una unidad de generación de energía eléctrica
que comprende
(1) medios para calentar dicho recipiente y la
sal de absorción y liberación de amoniaco para liberar gas
amoniaco,
(2a) una célula de combustible para convertir el
amoniaco directamente en energía eléctrica; o que comprende
(2b1) un reactor para disociar el amoniaco en
hidrógeno y nitrógeno y
(2b2) una célula de combustible para convertir
el hidrógeno en energía eléctrica.
En una realización de este aspecto, la unidad de
generación de energía eléctrica según comprende además medios para
añadir amoniaco para saturar la sal de absorción y liberación de
amoniaco con amoniaco convirtiendo la unidad en recargable.
En un uso preferido de la invención, la sal de
absorción y liberación de amoniaco es
Mg(NH_{3})_{6}Cl_{2} que ofrece una densidad
muy alta de almacenamiento de amoniaco y permite que la unidad
trabaje a presión relativamente baja.
Se prefiere usar la sal en forma de un fino
polvo de microcristales o se localiza sobre un material de soporte
poroso.
En una realización de la invención, como medio
para calentar se usa un dispositivo de calentamiento por resistencia
eléctrica.
En otra realización de la invención se usan
reacciones químicas para proporcionar el calentamiento.
En un uso preferido, el recipiente y el medio
para calentar son una parte de un sistema eléctrico de tamaño micro
que se fabrica a escala micro usando procedimientos conocidos en sí
tales como molienda mecánica, deposición química de vapor (CVD),
deposición química de vapor asistida por plasma (PECVD), resonancia
ciclotrónica de electrones (ECR), bombardeo catódico, grabado,
procedimientos litográficos tales como litografía por haz de
electrones, fotolitografía o litografía láser.
\newpage
Si se usa un reactor para disociar el amoniaco,
preferentemente contiene un catalizador heterogéneo para acelerar
los procedimientos y reducir el aporte de energía necesario.
Si se usa, el catalizador heterogéneo comprende
preferentemente un soporte y una fase activa.
Se prefiere usar una fase activa que comprenda
nanopartículas dispersas de metales de transición o compuestos de
los mismos tales como Co_{3}Mo_{3}N, Ru, Co, Ni y Fe o mezclas
de los mismos.
En el uso de la invención, la unidad de
generación de energía puede comprender adicionalmente un dispositivo
de combustión en el que una parte del hidrógeno producido en el
reactor, el hidrógeno sin reaccionar de la célula de combustible o
una mezcla de los mismos se oxida para proporcionar calor para
calentar el dispositivo de almacenamiento de amoniaco para
proporcionar la energía requerida para llevar a cabo los
procedimientos en la unidad de generación de energía.
En un uso preferido según la invención, la
unidad de generación de energía comprende además un dispositivo de
combustión en el que una fracción del hidrógeno producido en el
reactor, el hidrógeno sin reaccionar de la célula de combustible o
una mezcla de los mismos se oxida para proporcionar calor para
calentar dicho reactor para disociar el amoniaco.
En otro uso preferido según la invención, la
unidad de generación de energía comprende además un dispositivo de
combustión en el que una fracción del amoniaco liberado del
almacenamiento de amoniaco, el amoniaco sin reaccionar de la célula
de combustible o una mezcla de los mismos se oxida para proporcionar
calor para calentar dicho dispositivo de almacenamiento de
amoniaco.
En otro uso preferido de la invención, la unidad
de generación de energía comprende además un dispositivo de
combustión en el que una fracción del amoniaco liberado del
almacenamiento de amoniaco, el amoniaco sin reaccionar de la célula
de combustible o una mezcla de los mismos se oxida para proporcionar
calor para calentar dicho reactor para disociar el amoniaco.
Según un uso preferido según la invención, los
constituyentes de la unidad de generación de energía están
dimensionados para proporcionar el equilibrio completo de toda la
unidad reduciéndose el volumen de y la pérdida de energía en la
unidad de generación de energía eléctrica. Equilibrar la unidad
estará constituido por dimensionar los tubos, cámaras, flujos,
aislamiento, temperaturas, etc. para obtener la salida óptima de
energía eléctrica de la unidad de generación de energía
eléctrica.
En un uso preferido según la invención, la
unidad de generación de energía está en forma de una fuente de
energía de tamaño micro para dispositivos microelectrónicos o
sistemas microelectromecánicos (MEMS).
En una realización preferida de la invención se
usa un reactor para disociar el amoniaco que está dividido en dos
partes, una parte funciona a una baja temperatura que disocia la
mayoría del amoniaco y la otra parte funciona a una alta
temperatura que disocia la última fracción presente de amoniaco.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención se explica ahora más en detalle con
referencia a los dibujos que muestran diagramas de flujo de
realizaciones preferidas de una planta para elaborar la
invención.
Se hace referencia a la figura 1 que muestra
esquemáticamente partes de una unidad de generación de energía
eléctrica según la invención. La unidad tiene un medio 1 de
almacenamiento de amoniaco sólido colocado en un recipiente 2 que
puede calentarse usando un dispositivo 3 de calentamiento. El tamaño
del recipiente 2 y, por consiguiente, la cantidad de medio de
almacenamiento de amoniaco sólido, puede escalarse según el
requisito de capacidad de almacenamiento de energía de la
aplicación específica de la invención. Los sistemas según la
presente invención pueden tener tamaños que oscilan de escala micro
a mega, la capacidad de almacenamiento debe variar en consecuencia.
Se prefieren sustancias que pueden almacenar amoniaco a condiciones
ambiente (aproximadamente 20ºC y 1 bar (100 kPa)) que sólo forman
bajas presiones de amoniaco (<1 bar (100 kPa)) en sistemas
cerrados para uso como medios de almacenamiento de amoniaco sólido
según la invención.
En una realización preferida de la invención, el
material de almacenamiento de amoniaco sólido puede recargarse
añadiendo amoniaco gaseoso o líquido al recipiente 2 de
almacenamiento por una boquilla de llenado, absorbiendo entonces el
material de almacenamiento el amoniaco a temperatura ambiente.
El dispositivo 3 de calentamiento puede usar o
calentamiento por resistencia eléctrica o uno de varios posibles
procedimientos químicos para calentar el medio de almacenamiento de
amoniaco sólido. Reacciones químicas preferidas para la generación
de calor podrían ser la combustión de hidrógeno residual de los
gases 5 de escape de la unidad 4 de generación de energía
electroquímica o de parte del amoniaco liberado del medio de
almacenamiento sólido. Tales combustiones podrían llevarse a cabo
ventajosamente sobre un catalizador.
En una realización preferida, la unidad 4 de
generación de energía electroquímica es una célula de combustible
que funciona directamente con amoniaco. Esta célula de combustible
podría ser ventajosamente de tipo SOFC o AFC.
La figura 2 muestra otra realización de una
unidad de generación de energía eléctrica de la invención en la que
la unidad de generación de energía electroquímica podría ser una
célula de combustible que funciona con hidrógeno. En esta
aplicación, el amoniaco procedente del almacenamiento 1 de amoniaco
sólido se hace pasar sobre un catalizador 6 heterogéneo de
descomposición de amoniaco. El catalizador descompone el amoniaco en
hidrógeno y nitrógeno. Catalizadores preferidos para esta
descomposición podrían depositarse sobre un soporte y la fase
activa podría contener nanopartículas dispersas de
Co_{3}Mo_{3}N, Ru, Co, Ni o Fe o mezclas de los mismos. Si se
usa una cantidad suficiente de catalizador a 1 bar (100 kPa) y
300ºC, la cantidad residual de amoniaco en el equilibrio es de sólo
el 1,9%. La energía térmica para el catalizador 6 de descomposición
procede del elemento 3b de calentamiento usando energía obtenida del
mismo modo que se describe para el elemento 3a de calentamiento. En
una realización preferida, el recipiente 2 y el catalizador 6 de
descomposición están integrados en una unidad, permitiendo que el
calor para los dos reactores se proporcione mediante el mismo
elemento de calentamiento.
Si no se desea la introducción de pequeñas
cantidades de amoniaco en el dispositivo generador de energía
electroquímica (como en el caso de que el dispositivo sea una
célula de combustible del tipo PEM), la mezcla de gases puede
depurarse en una unidad 7 separada o integrada. Esta unidad podría
estar constituida por un absorbente como una zeolita ácida o una
sal iónica del tipo también viable como materiales de almacenamiento
de amoniaco sólido. En otra realización, esta depuración del gas
podría realizarse usando una membrana para la separación de
hidrógeno del resto de constituyentes del gas. En una realización
preferida, esta membrana podría hacerse de Pd.
En la figura 3 se muestra otra realización
preferida en la que el sistema se construye como se describe a
propósito de la realización de la figura 2 y además se proporciona
con volúmenes 8a y/o 8b de separación opcionales y una o más
válvulas 9a-9d magnéticamente accionadas. Un
controlador 10 electrónico sigue y controla los flujos y el
calentamiento ajustándolos a los requisitos de combustible del
dispositivo generador de energía electroquímica.
La invención se aclara adicionalmente en detalle
en los siguientes ejemplos específicos de trabajo de la
invención.
La absorción de amoniaco se ejemplifica mediante
Ni(NH_{3})_{6}Cl_{2} y
Mg(NH_{3})_{6}Cl_{2}.
La liberación de amoniaco de
Ni(NH_{3})_{6}Cl_{2} se realizó colocando 1,1
gramos de Ni(NH_{3})_{6}Cl_{2} en un
recipiente de 10 mililitros de volumen interno equipado con un único
tubo saliente conectado al instrumento de medición de flujo. El
recipiente se cerró herméticamente y se calentó mediante
calentamiento eléctrico por resistencia hasta un aumento de
temperatura de 0,2ºC/min. El flujo resultante de amoniaco se muestra
en la figura 4, y la cantidad liberada íntegra constituye toda la
cantidad teórica de 6 moles de NH_{3} por mol de NiCl_{2}
dentro del error de medición.
Se realizaron pruebas similares con
Mg(NH_{3})_{6}Cl_{2} para ejemplificar la
desorción de haluros de aminas de metales alcalinotérreos. El flujo
resultante de amoniaco se muestra en la figura 5, y la cantidad
liberada íntegra constituye toda la cantidad teórica de 6 moles de
NH_{3} por mol de MgCl_{2} dentro del error de medición.
\vskip1.000000\baselineskip
Se expusieron sales de fórmula general
M_{a}X_{z} a amoniaco gaseoso y la absorción se investigó usando
difracción de rayos X. Se investigaron ZnCl_{2}, CuSO_{4},
CoCl_{3}, MgCl_{2} y NiCl_{2} después de la exposición a
amoniaco gaseoso a 1 bar (100 kPa) de presión y temperatura
ambiente. Los resultados se muestran en las figuras
6-10. Otro experimento mostró que la absorción de
amoniaco de MgCl_{2} era completa en menos de 20 min a 8 bar (800
kPa) de presión de amoniaco.
\vskip1.000000\baselineskip
Se investigó la reversibilidad de los ciclos de
absorción mediante difracción de rayos X de MgCl_{2} después de
la absorción y posterior desorción, figura 11, y después de una
segunda absorción, figura 12. Cuando se comparan con la figura 9 se
encuentra que los cambios en la estructura cristalina durante la
absorción/desorción de amoniaco son reversibles.
Se construyó una unidad según la presente
invención que liberaba hidrógeno para una célula de combustible
PEM. Esta unidad comprendía un recipiente para el compuesto de
almacenamiento de amoniaco, una cámara de separación para el
amoniaco gaseoso (aprox. 200 mililitros), un dispositivo para la
regulación del flujo, un catalizador calentado para la
descomposición del amoniaco, un lavador químico para la eliminación
del amoniaco residual y una célula de combustible PEM para liberar
la energía para un motor eléctrico.
Con el fin de demostrar la viabilidad de la
invención, en el recipiente se usó
Mg(NH_{3})_{6}Cl_{2} como compuesto de
almacenamiento de amoniaco. El recipiente se calentó mediante
calentamiento por resistencia eléctrica. La figura 13 muestra las
curvas del desarrollo de la presión en el volumen de separación
cuando se venteó el amoniaco dinámicamente al resto del sistema a
una velocidad promedio de 70 mililitros/min. Como el calentamiento
en esta realización se reguló en apagado/encendido después de un
simple criterio de presión, la temperatura osciló como se desprende
de la figura 14. Esto conduce a las oscilaciones en la presión
vistas en la figura 13. Aparte de las oscilaciones en la
temperatura, se reconocen tres mesetas distintas. Éstas se
corresponden con las tres fases de la desorción del amoniaco a
partir de Mg(NH_{3})_{6}Cl_{2} que también se
reconocen en la figura 5.
Después de abandonar el dispositivo de control
de flujo, el amoniaco se pasó a través de un reactor para
descomponer el amoniaco en nitrógeno e hidrógeno. Este reactor se
equipó con 1,0 gramos de un catalizador basado en hierro y se
calentó mediante calentamiento por resistencia eléctrica.
En esta realización, el último procedimiento
antes de que el gas entre en la célula de combustible fue la
eliminación del amoniaco restante del reactor catalítico. Esta
purificación del gas se ha realizado usando o una disolución acuosa
ácida (por ejemplo H_{2}SO_{4} 2M) o una sal de absorción de
amoniaco del tipo M_{a}X_{z} (por ejemplo MgCl_{2}). Mediante
los dos procedimientos, los niveles de amoniaco residual podrían
reducirse por debajo de 10 ppm.
En este ejemplo se demuestra que la
descomposición de amoniaco puede llevarse a cabo en reactores
fabricados a escala micro producida por fotolitografía y grabado en
seco sobre una oblea de silicio. Los reactores tenían cada uno
volúmenes internos de 4 microlitros y se cerraron herméticamente
usando vidrio Pyrex. En los reactores se colocó un catalizador que
estaba constituido por Ru promovido por Ru o Ba soportado sobre
alúmina. La actividad catalítica en términos de producción de
hidrógeno por mol de Ru por hora en estos reactores se muestra en
la fig. L como función de la temperatura del reactor. Como se
desprende de la figura 15, la fracción de amoniaco que se descompone
puede elevarse al 98% a 400ºC.
Claims (19)
1. Una unidad de generación de energía eléctrica
que comprende
(i) un dispositivo de almacenamiento de amoniaco
en forma de un recipiente que comprende un complejo de sal metálica
para absorción y liberación de amoniaco de fórmula general:
M_{a}(NH_{3})_{n}X_{z} en la que M es uno o
más cationes seleccionados de metales alcalinos tales como Li, Na,
K, o Cs, metales alcalinotérreos tales como Mg, o Ca, y metales de
transición tales como V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu o Zn o
combinaciones de los mismos tales como NaAl, KAl, K_{2}Zn, CsCu o
K_{2}Fe, X es uno o más aniones seleccionados de iones fluoruro,
cloruro, bromuro, yoduro, nitrato, tiocianato, sulfato, molibdato y
fosfato, a es el número de cationes por molécula de sal, z es el
número de aniones por molécula de sal y n es el número de
coordinación de 2 a 12,
(ii) medios para calentar dicho recipiente y la
sal de absorción y liberación de amoniaco para liberar gas amoniaco
y
(iiia) una célula de combustible para convertir
el amoniaco directamente en energía eléctrica; o
(iiib1) un reactor para disociar el amoniaco en
hidrógeno y nitrógeno y
(iiib2) una célula de combustible para convertir
el hidrógeno en energía eléctrica.
2. La unidad de generación de energía eléctrica
según la reivindicación 1 que comprende además medios para añadir
amoniaco para saturar la sal de absorción y liberación de amoniaco
con amoniaco.
3. La unidad de generación de energía eléctrica
según la reivindicación 1, en la que dicha sal de absorción y
liberación de amoniaco es
Mg(NH_{3})_{6}Cl_{2}.
4. La unidad de generación de energía eléctrica
según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la
que la sal está en forma de un fino polvo de microcristales o se
localiza sobre un material de soporte poroso.
5. La unidad de generación de energía eléctrica
según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la
que el medio para calentar está en forma de un dispositivo de
calentamiento por resistencias eléctricas.
6. La unidad de generación de energía eléctrica
según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la
que dicho medio para calentar se provee de un calor producido por
reacciones químicas.
7. La unidad de generación de energía eléctrica
según la reivindicación 1, en la que el recipiente y el medio para
calentar son una parte de un sistema eléctrico de tamaño micro que
se fabrica a escala micro usando procedimientos tales como molienda
mecánica, deposición química de vapor (CVD), deposición química de
vapor asistida por plasma (PECVD), resonancia ciclotrónica de
electrones (ECR), bombardeo catódico, grabado, procedimientos
litográficos tales como litografía por haz de electrones,
fotolitografía o litografía láser.
8. La unidad de generación de energía según la
reivindicación 1, en la que el reactor para disociar el amoniaco
contiene un catalizador heterogéneo.
9. La unidad de generación de energía según la
reivindicación 8, en la que dicho catalizador heterogéneo comprende
un soporte y una fase activa.
10. La unidad de generación de energía según la
reivindicación 9, en la que dicha fase activa comprende
nanopartículas dispersas de metales de transición o compuestos de
los mismos tales como Co_{3}Mo_{3}N, Ru, Co, Ni y Fe o mezclas
de los mismos.
11. La unidad de generación de energía según
cualquiera de las reivindicaciones 1-10 que
comprende además un dispositivo de combustión en el que una parte
del hidrógeno producido en el reactor, el hidrógeno sin reaccionar
de la célula de combustible o una mezcla de los mismos se oxida para
proporcionar calor para calentar el dispositivo de almacenamiento de
amoniaco.
12. La unidad de generación de energía según
cualquiera de las reivindicaciones 1-10 que
comprende además un dispositivo de combustión en el que una
fracción del hidrógeno producido en el reactor, el hidrógeno sin
reaccionar de la célula de combustible o una mezcla de los mismos se
oxida para proporcionar calor para calentar dicho reactor para
disociar el amoniaco.
13. La unidad de generación de energía según
cualquiera de las reivindicaciones 1-10 que
comprende además un dispositivo de combustión en el que una
fracción del amoniaco liberado del almacenamiento de amoniaco, el
amoniaco sin reaccionar de la célula de combustible o una mezcla de
los mismos se oxida para proporcionar calor para calentar dicho
dispositivo de almacenamiento de amoniaco.
14. La unidad de generación de energía según
cualquiera de las reivindicaciones 1-10 que
comprende además un dispositivo de combustión en el que una
fracción del amoniaco liberado del almacenamiento de amoniaco, el
amoniaco sin reaccionar de la célula de combustible o una mezcla de
los mismos se oxida para proporcionar calor para calentar dicho
reactor para disociar el amoniaco.
15. La unidad de generación de energía según
cualquiera de las reivindicaciones 1-14 en forma de
una fuente de energía de tamaño micro para dispositivos
microelectrónicos o sistemas microelectromecánicos (MEMS).
16. La unidad de generación de energía según la
reivindicación 1, en la que dicho reactor para disociar el amoniaco
es una parte de un sistema eléctrico de tamaño micro que se fabrica
a escala micro usando procedimientos tales como molienda mecánica,
deposición química de vapor (CVD), deposición química de vapor
asistida por plasma (PECVD), resonancia ciclotrónica de electrones
(ECR), bombardeo catódico, grabado, procedimientos litográficos
tales como litografía por haz de electrones, fotolitografía o
litografía láser.
17. La unidad de generación de energía según
cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en la que
el reactor para disociar el amoniaco se divide en dos partes, una
parte funciona a una baja temperatura que disocia la mayor parte
del amoniaco y la otra parte funciona a una alta temperatura que
disocia la última fracción presente de amoniaco.
18. El uso de un dispositivo de almacenamiento
de amoniaco en forma de un recipiente que comprende una sal de
absorción y liberación de amoniaco de fórmula general:
M_{a}(NH_{3})_{n}X_{z} en la que M es uno o
más cationes seleccionados de metales alcalinos, tales como Li, Na,
K o Cs, metales alcalinotérreos tales como Mg o Ca, y metales de
transición tales como V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu o Zn o combinaciones
de los mismos tales como NaAl, KAl, K_{2}Zn, CsCu o K_{2}Fe, X
es uno o más aniones seleccionados de iones fluoruro, cloruro,
bromuro, yoduro, nitrato, tiocianato, sulfato, molibdato, fosfato y
clorato, a es el número de cationes por molécula de sal, z es el
número de aniones por molécula de sal y n es el número de
coordinación de 2 a 12 como fuente de energía en una unidad de
generación de energía eléctrica que comprende
(1) medios para calentar dicho recipiente y la
sal de absorción y liberación de amoniaco para liberar gas
amoniaco,
(2a) una célula de combustible para convertir el
amoniaco directamente en energía eléctrica; o que comprende
(2b1) un reactor para disociar el amoniaco en
hidrógeno y nitrógeno y
(2b2) una célula de combustible para convertir
el hidrógeno en energía eléctrica.
19. El uso según la reivindicación 18, en el que
la unidad de generación de energía eléctrica según comprende además
medios para añadir amoniaco para saturar la sal de absorción y
liberación de amoniaco con amoniaco.
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|---|---|---|---|
| DK200400469 | 2004-03-23 | ||
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