NL1008832C2 - Werkwijze voor het omzetten van een koolstofomvattend materiaal, een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcel en een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcelstapel. - Google Patents

Werkwijze voor het omzetten van een koolstofomvattend materiaal, een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcel en een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcelstapel. Download PDF

Info

Publication number
NL1008832C2
NL1008832C2 NL1008832A NL1008832A NL1008832C2 NL 1008832 C2 NL1008832 C2 NL 1008832C2 NL 1008832 A NL1008832 A NL 1008832A NL 1008832 A NL1008832 A NL 1008832A NL 1008832 C2 NL1008832 C2 NL 1008832C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
fuel cell
carbon
containing material
anode
molten carbonate
Prior art date
Application number
NL1008832A
Other languages
English (en)
Inventor
Klaas Hemmes
Original Assignee
Univ Delft Tech
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Delft Tech filed Critical Univ Delft Tech
Priority to NL1008832A priority Critical patent/NL1008832C2/nl
Priority to PCT/NL1999/000207 priority patent/WO1999052166A2/en
Priority to EP99913752A priority patent/EP1082771B1/en
Priority to AT99913752T priority patent/ATE357063T1/de
Priority to US09/647,866 priority patent/US6607853B1/en
Priority to DE69935511T priority patent/DE69935511D1/de
Priority to CA002327941A priority patent/CA2327941A1/en
Priority to AU31746/99A priority patent/AU3174699A/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1008832C2 publication Critical patent/NL1008832C2/nl
Priority to NO20005044A priority patent/NO20005044L/no

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/57Gasification using molten salts or metals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0643Gasification of solid fuel
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1233Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14Fuel cells with fused electrolytes
    • H01M8/143Fuel cells with fused electrolytes with liquid, solid or electrolyte-charged reactants
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/16Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/164Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with conversion of synthesis gas
    • C10J2300/1643Conversion of synthesis gas to energy
    • C10J2300/1646Conversion of synthesis gas to energy integrated with a fuel cell
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/16Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1671Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with the production of electricity
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/133Renewable energy sources, e.g. sunlight

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

Werkwijze voor het omzetten van een koolstofomvattend materiaal, een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcel en een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcelstapel
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het omzetten van een koolstofomvattend materiaal bij verhoogde temperatuur in aanwezigheid van een molecuul dat ten minste één zuurstofatoom omvat.
5 Een dergelijke werkwijze is algemeen bekend, bij voorbeeld voor het opwekken van elektriciteit door verbranding van kolen; of bij de vorming van watergas door reactie van koolstof en water onder oplevering van waterstof en koolmonoxide.
10 De eerste werkwijze heeft als nadeel dat weliswaar op macroscopische schaal de condities in een verbrandings- of vergassingsinstallatie, zoals een wervelbed, goed te controleren zijn, doch dat dit op de schaal waarop de vergassing plaatsvindt (aan de grensvlakken tussen een deeltje en het 15 omringende gas) dit in veel mindere mate het geval is. Daar kunnen sterk afwijkende (temperatuurs)omstandigheden heersen.
De onderhavige uitvinding beoogt een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen waarbij in het bijzonder de temperatuursomstandigheden goed kunnen worden 20 gecontroleerd en waarbij een koolstofomvattend materiaal met een hoge volumedichtheid, en dus in een relatief kleine reactor, kan worden omgezet.
Daartoe wordt de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat het omzetten geschiedt in een 25 gesmolten corrosief zout, in het bijzonder een carbonaatzout.
Door te werken in een vloeistof kan een goede menging worden bereikt, waardoor temperatuurverschillen in een reactor waarin de omzetting plaatsvindt beperkt blijven. In het bijzonder kan dankzij het gebruik van omzetting in vloei-30 stof worden bereikt dat warmte snel en doelmatig vanuit microscopische hot-spots kan worden afgevoerd, waardoor dergelijke hot-spots niet of slechts in zeer beperkte mate voorkomen. Verder kan door het gebruik van een gesmolten carbonaatzout, in het bijzonder als het een eutectisch meng- 1008832 2 sel van carbonaatzouten betreft, de reactie desgewenst bij relatief lage temperatuur worden uitgevoerd. In de onderhavige aanvrage wordt onder koolstofomvattende materiaal een oxideerbaar koolstofomvattend materiaal verstaan zoals kolen, 5 biomassa, organisch afval, koolwaterstoffen enz.
Volgens een gunstige uitvoeringsvorm is het koolstofomvattende materiaal vast koolstofomvattend materiaal. In het bijzonder wordt het vaste koolstofomvattende materiaal gekozen uit de groep bestaande uit koolstofproducten, biomas-10 sa en thermisch behandelde biomassa.
De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding beperkt het aantal voorbehandelingen dat voor sommige om te zetten materialen in het algemeen noodzakelijk is. Zo is de noodzaak tot verkleinen van het vaste koolstofomvattende 15 materiaal beperkt. In de onderhavige aanvrage omvat de term koolstofproducten alle al dan niet natuurlijke vormen van koolstof, zoals steenkolen, grafiet en cokes. Een voorbeeld van thermisch behandelde biomassa is houtskool.
Volgens een gunstige uitvoeringsvorm vindt de behan-20 deling plaats in aanwezigheid van een katalysator, zoals een metaalion dat twee positieve valenties kan bezitten.
Door het gebruik van een katalysator kan de omzetting worden bevorderd, waardoor, afhankelijk van wat wordt gewenst, bijvoorbeeld bij lagere temperaturen kan worden 25 omgezet en met een kleiner reactorvolume kan worden volstaan.
Het voordeel van het gebruik van een metaalion als katalysator is dat het eenvoudig homogeen in het gesmolten carbonaat kan worden gebracht en gehouden.
Volgens een belangrijke uitvoeringsvorm van de 30 werkwijze volgens de uitvinding wordt de werkwijze in een brandstofcel uitgevoerd
Aldus verschaft de onderhavige uitvinding de mogelijkheid om een koolstofomvattend materiaal direct om te zetten voor het opwekken van elektriciteit, zoals gesmolten 35 carbonaatbrandstofcel of een vast-oxide brandstofcel.
Volgens een gunstige uitvoeringsvorm wordt het koolstofomvattende materiaal omgezet in een reactie met een negatieve enthalpie (ΔΗ) en een positieve entropie (AS) en wordt warmte aan de brandstofcel toegevoerd. Carbonaat- of 1 nn RR 3 ? 3 een vast-oxide brandstofcellen zijn door hun relatief hoge bedrijftemperatuur zeer geschikt.
Aldus kan, door het vermijden van de Carnot-cyclus, warmte met een zeer hoog rendement in elektriciteit worden 5 omgezet. Het gaat hierbij om een zelfregulerend proces. Bij een stijging van de temperatuur wordt meer warmte aan het systeem onttrokken en omgezet in elektriciteit, en omgekeerd. Er ontstaat een evenwicht bij een zekere temperatuur, welke temperatuur instelbaar is door de elektrische belasting te 10 variëren.
Met voordeel wordt extra warmte aan de brandstofcel toegevoerd.
Ook voor het toevoeren van warmte is het gunstig dat gebruik wordt gemaakt van een vloeistof, in de vorm van een 15 gesmolten corrosief zout. De toegevoerde warmte is bijvoorbeeld afkomstig van een nageschakelde of geïntegreerde brandstofcel. Ook kan zonne-energie worden benut, bijvoorbeeld onder gebruikmaking van parabolische spiegels.
Een eerste interessante uitvoeringsvorm van de 20 werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt gekenmerkt doordat als anode een vast koolstofmateriaalomvattende anode wordt gebruikt.
Een dergelijke anode heeft als voordeel dat het gebruik van waterstofbronnen, zoals methanol, en randappara-25 tuur zoals shift-reactoren wordt vermeden, terwijl tevens wordt beschikt over een brandstof met een hoge energiedicht-heid, in tegenstelling tot (bijvoorbeeld in metaalhydriden opgeslagen) waterstof.
Volgens een tweede uitvoeringsvorm worden vaste 30 koolstofomvattende materiaaldeeltjes met het gesmolten carbo- naat in contact gebracht en komen koolstofomvattende materiaaldeelt jes door stroming in contact met de anode.
Het voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat een zeer groot reactieoppervlak kan worden bereikt. Overigens kan 35 de stroming hetzij op spontane wijze geschieden, zoals veroorzaakt door gasontwikkeling, het gesmolten carbonaat kan langs de anode worden gevoerd of de anode kan door het carbonaat worden bewogen.
Volgens een gunstige uitvoeringsvorm wordt de omzet- 1008832 4 ting uitgevoerd bij een temperatuur van meer dan 1000 K, in het bijzonder meer dan 1100 K.
Aldus wordt de vorming van koolmonoxide bevorderd, welke koolmonoxide voor uiteenlopende doeleinden, bijvoor-5 beeld synthese of voor een nageschakelde of geïntegreerde brandstofcel, kan worden gebruikt. De temperatuur kan geschikt worden geregeld door het variëren van de elektrische belasting van de brandstofcel. Voor het bedrijven bij verhoogde temperatuur dient te worden gezorgd voor bescherming 10 tegen corrosie van kwetsbare onderdelen. Er kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van roestvaststalen onderdelen, die aan de zijden die in contact komen gesmolten corrosief zout zijn voorzien van een titaannitride- of titaancarbidebekle-ding. Deze bekleding dient als diffusiebarrière, en deze kan 15 worden beschermd door een daarop aangebrachte goudlaag. Met voordeel kan in plaats van de goudlaag Cu3Au worden aangebracht, bijvoorbeeld door middel van opdampen. Een deel van het koper lost op in het gesmolten carbonaatzout, onder achterlating van een corrosiebestendige laag.
20 De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze die wordt gekenmerkt doordat het gesmolten carbonaat wordt verhit, het koolstofomvattende materiaal is gekozen uit de groep bestaande uit koolstofproduct en thermisch behandelde biomassa en als het molecuul kooldioxide 25 wordt toegevoerd, onder oplevering van een koolmonoxide-omvattend gas.
Aldus kunnen kooldioxide en koolstofproduct of thermisch behandelde biomassa tot koolmonoxide worden omgezet, terwijl, in tegenstelling tot het gebruik van zuurstof, geen 30 gevaar bestaat dat vooral kooldioxide wordt gevormd of een explosief mengsel van een brandbaar gas en zuurstof ontstaat. Het verhitten geschiedt met voordeel met zonne-energie, bijvoorbeeld onder gebruikmaking van een parabolische spiegel of een Fresnel-lens. Hierbij kan worden opgemerkt dat de hoge 35 warmtecapaciteit van (carbonaat)zout bij kan dragen aan een efficiënt warmtetransport.
Het koolmonoxide kan bijvoorbeeld voor synthesedoel-einden worden gebruikt of, met voordeel, wordt het koolmo-noxide-omvattende gas in een hoge-temperatuur brandstofcel 1008832 5 benut voor het opwekken van elektriciteit, met voordeel een brandstofcel gekozen uit de groep bestaande uit een gesmol-ten-carbonaat brandstofcel en een vast-oxide brandstofcel.
Wanneer koolmonoxide wordt gebruikt voor het opwek-5 ken van elektriciteit geldt dat in de brandstofcel voor het opwekken van elektriciteit ontwikkelde warmte met voordeel wordt gebruikt voor het tot koolmonoxide omzetten van koolstof product of thermisch behandelde biomassa. Er is geen direct contact tussen zuurstof en brandbaar gas, hetgeen 10 zowel uit oogpunt van veiligheid als uit exergetisch oogpunt zeer gunstig is. Aangezien enig gesmolten carbonaat zal verdampen, kunnen bij gebruik van een met koolmonoxide bedreven gesmolten-carbonaat brandstofcel carbonaatverliezen in de gesmolten carbonaatbrandstofcel worden gecompenseerd. Door 15 deze compensatie en door gebruik te maken van de hierboven beschreven tegen corrosie beschermende bekleding, kan de brandstofcel bij hogere temperatuur worden bedreven. Hierdoor wordt de vorming van CO bevorderd. De hogere temperatuur komt ook de snelheid van de reacties ten goede waardoor polarisa-20 tieverliezen sterk verminderen.
Bij gebruik van een vast-oxide brandstofcel is deze met voordeel geïntegreerd en omvat deze, bijvoorbeeld, een hol lichaam met aan de binnenzijde een kathode, waaraan zuurstof wordt toegevoerd. Indien de zuurstof niet zuiver is, 25 omvat het holle lichaam tevens een afvoer voor niet-gerea- geerde kathodegassen. Het lichaam is bijvoorbeeld gevormd uit met yttrium gestabiliseerd zircoonoxide (YSZ). Het holle lichaam kan zich boven het gesmolten carbonaat bevinden maar desgewenst ook daarin. Als de brandstofcel zich in het ge-30 smolten carbonaat bevindt, wordt de brandstofcel op eenvoudige, goedkope en doeltreffende wijze gekoeld, terwijl de in brandstofcel vrijgekomen warmte evenzo efficiënt wordt benut voor het omzetten van koolstofomvattend materiaal. Als katho-demateriaal kan elk in het vak bekend voor dergelijke katho-35 den geschikt materiaal worden gebruikt, bijvoorbeeld platina. De buitenzijde van het holle lichaam uit YSZ is voorzien van een anode, bijvoorbeeld nikkel. Hier komt het uit zuurstof gevormde, door het YSZ getransporteerde oxide-ion in contact met, afhankelijk van de plaatsing van het holle lichaam, 1008832 6 koolstof, koolmonoxide of andere reactanten afkomstig uit het gesmolten carbonaat. Het oxide-ion kan ook in het gesmolten carbonaat worden opgenomen en daarin, reageren met bijvoorbeeld een koolstofdeeltje, dat daardoor geladen raakt. Het 5 deeltje kan die lading afstaan aan een in het carbonaat gestoken anode, welke verbonden is met de anode van het holle lichaam. De reactie of reacties kunnen al dan niet onder invloed van een katalysator, zoals bijvoorbeeld zoals hiervoor gedefinieerde metaalion-katalysator, verlopen. Volgens de 10 uitvinding worden vele reactiepaden geschapen, waardoor de omzetting zo snel mogelijk geschiedt.
Derhalve kan in plaats van het in het vak gebruikelijke gas gesmolten carbonaat langs de anode van een brandstofcel, welke ook een vast-oxide brandstofcel kan zijn, 15 worden geleid, waarbij het gesmolten carbonaat de brandstof bevat. Desgewenst kan ook langs de kathode van de brandstofcel een gesmolten corrosief zout dat een zoals hierboven gedefinieerd metaalion bevat worden geleid. Hierbij wordt zuurstof, dat normaliter slechts in zeer beperkte hoeveelhe-20 den in gesmolten carbonaat wil oplossen, in contact gebracht met het metaalion, dat de opname van zuurstof in het gesmolten corrosieve zout bevordert, waardoor zuurstofspecies naar de kathode doelmatig plaats kan vinden. Aan de kathode wordt de zuurstofspecies afgestaan en wordt het metaalion geregene-25 reerd, klaar om opnieuw met zuurstof in contact te worden gebracht.
Met voordeel wordt een deel van het van de brandstofcel afkomstige anodegas naar het gesmolten carbonaat geleid voor het omzetten van het koolstofomvattende mate-30 riaal.
Dergelijk anodegas is een zeer geschikte kooldioxi-destroom. Tevens kan deze gasstroom de warmte van de brandstofcel afvoeren, welke warmte kan worden benut voor het bij verhoogde temperatuur omzetten van het koolstofomvattende 35 materiaal. Door het koelen van de brandstofcel middels een overmaat anodegas wordt tevens bewerkstelligd dat de Nernstverliezen beperkt blijven. Verder kan een deel van de kooldioxidestroom kan met voordeel rechtstreeks in de matrix van een gesmolten carbonaat brandstofcel worden gebracht mn«Rq? 7 (PCT/NL97/00481). In plaats daarvan kan ook syngas rechtstreeks in de matrix van de gesmolten carbonaat brandstofcel worden ingebracht, waardoor het syngas aan kooldioxide wordt verarmd.
5 De uitvinding heeft daarenboven betrekking op een werkwijze waarbij het koolstofomvattende materiaal wordt verhit in aanwezigheid van water als het zuurstofbevattend molecuul.
Aldus wordt water gesplitst onder vrijmaking van 10 waterstof zonder dat energie wordt gestoken in het vormen van een zuurstof. De voor de splitsing van water benodigde energie is deels afkomstig van de oxidatie van koolstofproduct en deels toegevoerd, bijvoorbeeld als restwarmte van een brandstofcel, en wordt derhalve zeer doelmatig benut. Het water 15 kan worden toegevoerd of in het koolstofomvattende materiaal, zoals biomassa, aanwezig zijn.
Volgens de uitvinding geschiedt het verhitten bij voorkeur onder gebruikmaking van zonne-energie.
Aldus kan zonne-energie op doelmatige wijze worden 20 benut, en in het bijzonder kan bij gebruik van een brandstofcel bedreven volgens de onderhavige uitvinding, zonne-energie met een hoog rendement in elektrische energie worden omgezet.
Verder heeft de uitvinding betrekking op een werk-25 wijze voor het bedrijven van een gesmolten carbonaat brandstofcel, welke werkwijze hierdoor wordt gekenmerkt dat het aan de anode toe te voeren gas eerst wordt verdund met een inert gas.
Aldus wordt het elektrische rendement van de brand-30 stofcel verbeterd terwijl, verrassend genoeg, het specifieke vermogen (opbrengst per volume) van de brandstofcel niet daalt. Een geschikt inert gas is stikstof. Overigens kan een gesmolten carbonaatbrandstofcel welke met gas wordt bedreven met voordeel worden vervaardigd door ten minste één van de 35 poreuze elektroden volledig met carbonaat te vullen en vervolgens door aanleggen van verhoogde of verlaagde druk de overmaat carbonaat uit de poriën te verwijderen. Hierdoor wordt de elektrode inwendig voorzien van een dun laagje carbonaat.
1008832 8
Tenslotte heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcelstapel, waarbij de brandstofcelstapel ten minste twee brandstofcel-structuren bezit, anodegas in een eerste brandstofcelstruc-5 tuur in een eerste richting langs een anode wordt gevoerd waarbij het debiet zodanig wordt gekozen dat de utilisatie-graad minder dan 45% is, het anodegas uit de eerste brand-stofcelstructuur vervolgens in een tegengestelde richting door een tweede brandstofcelstructuur wordt gevoerd, waarbij 10 de utilisatiegraad wederom minder dan 45% is, en waarbij de brandstofcelstructuren elektrisch serieel zijn verbonden.
Onder brandstofcelstructuur wordt hier een brandstofcel of een brandstofcelsubstapel verstaan. In geval het aantal brandstofcelstructuren drie of meer is, is de volgorde 15 van waarin zij zijn gestapeld niet van belang. Op deze wijze, in het bijzonder door de lage utilisatiegraad in een brandstofcelstructuur, wordt een homogene temperatuurverdeling en in het bijzonder een homogene stroomverdeling in de brandstofcelstapel bereikt, met een verhoging van het elektrische 2 o rendement.
: 1008832

Claims (20)

1. Werkwijze voor het omzetten van een koolstofom-vattend materiaal bij verhoogde temperatuur in aanwezigheid van een molecuul dat ten minste één zuurstofatoom omvat, met het kenmerk, dat het omzetten geschiedt in een gesmolten 5 corrosief zout, in het bijzonder een carbonaatzout.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het koolstofomvattende materiaal vast koolstofomvattend materiaal is.
3. Werkwij ze volgens conclusie 1 of 2, met het ken- 10 merk, dat het koolstofomvattende materiaal is gekozen uit de groep bestaande uit koolstofproduct, biomassa en door thermisch behandelde biomassa.
4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de behandeling plaatsvindt in aanwezigheid van 15 een katalysator.
5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de katalysator een metaalion is dat twee positieve valenties kan bezitten.
6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, 20 met het kenmerk, dat de werkwijze in een brandstofcel wordt uitgevoerd.
7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de brandstofcel is gekozen uit een gesmolten carbonaat-brandstofcel en een vast-oxide brandstofcel.
8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat het koolstofomvattende materiaal wordt omgezet in een reactie met een negatieve enthalpie (ΔΗ) en een positieve entropie (AS) en warmte aan de brandstofcel wordt toegevoerd.
9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat extra warmte aan de brandstofcel wordt toegevoerd.
10. Werkwijze volgens één van de conclusies 6 tot 9, met het kenmerk, dat als anode een vast koolstofomvattend materiaal wordt gebruikt.
11. Werkwijze volgens één van de conclusie 6 tot 9, met het kenmerk, dat vaste koolstofomvattende materiaaldeel- 1008832 tjes met het gesmolten carbonaat in contact worden gebracht en de deeltjes door stroming in contact met de anode komen.
12. Werkwijze volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat de omzetting wordt uitgevoerd bij een tempe- 5 ratuur van meer dan 1000 K, in het bijzonder meer dan 1100 K.
13. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 4, met het kenmerk, dat het gesmolten carbonaat wordt verhit, het koolstofomvattende materiaal is gekozen uit de groep bestaande uit koolstofproduct en thermisch behandelde biomas- 10 sa en als het molecuul kooldioxide wordt toegevoerd, onder oplevering van een koolmonoxide-omvattend gas.
14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het koolmonoxide-omvattende gas in een brandstofcel gekozen uit de groep bestaande uit een gesmolten-carbonaat 15 brandstofcel en een vast-oxide brandstofcel wordt benut voor het opwekken van elektriciteit.
15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat een deel van het van de brandstofcel afkomstige anodegas naar het gesmolten carbonaat wordt geleid voor het omzetten 20 van het koolstofomvattende materiaal.
16. Werkwijze volgens één van de conclusies 13 tot 15, met het kenmerk, dat het verhitten geschiedt met behulp van door de brandstofcel ontwikkelde warmte.
17. Werkwijze volgens één der conclusie 1 tot 4, met 25 het kenmerk, dat het koolstofomvattende materiaal wordt verhit in aanwezigheid van water als het zuurstofbevattend molecuul.
18. Werkwijze volgens één van de conclusies 8 tot 17, met het kenmerk, dat het verhitten geschiedt onder ge- 30 bruikmaking van zonne-energie.
19. Werkwijze voor het bedrijven van een gesmolten carbonaat brandstofcel, met het kenmerk, dat het aan de anode toe te voeren gas eerst wordt verdund met een inert gas.
20. Werkwijze voor het bedrijven van een brandstof- 35 celstapel, met het kenmerk, dat de brandstofcelstapel ten minste twee brandstofcelstructuren bezit, anodegas in een i eerste brandstofcelstructuur in een eerste richting langs een anode wordt gevoerd waarbij het debiet zodanig wordt gekozen dat de utilisatiegraad minder dan 45% is, het anodegas uit de 1008832 eerste brandstofcelstructuur vervolgens In een tegengestelde richting door een tweede brandstofcelstructuur wordt gevoerd, waarbij de utilisatiegraad wederom minder dan 45% is, en waarbij de brandstofcelstructuren elektrisch serieel zijn 5 verbonden. 1008832
NL1008832A 1998-04-07 1998-04-07 Werkwijze voor het omzetten van een koolstofomvattend materiaal, een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcel en een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcelstapel. NL1008832C2 (nl)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1008832A NL1008832C2 (nl) 1998-04-07 1998-04-07 Werkwijze voor het omzetten van een koolstofomvattend materiaal, een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcel en een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcelstapel.
PCT/NL1999/000207 WO1999052166A2 (en) 1998-04-07 1999-04-07 Method of converting a carbon-comprising material, method of operating a fuel cell stack, and a fuel cell
EP99913752A EP1082771B1 (en) 1998-04-07 1999-04-07 Method of converting a carbon-comprising material, method of operating a fuel cell stack, and a fuel cell
AT99913752T ATE357063T1 (de) 1998-04-07 1999-04-07 Verfahren zur umsetzung von kohlenstoff enthaltendem material, verfahren zum betrieb eines brennstoffzellenstapels und brennstoffzelle
US09/647,866 US6607853B1 (en) 1998-04-07 1999-04-07 Method of converting a carbon-comprising material, method of operating a fuel cell stack, and a fuel cell
DE69935511T DE69935511D1 (de) 1998-04-07 1999-04-07 Verfahren zur umsetzung von kohlenstoff enthaltendem material, verfahren zum betrieb eines brennstoffzellenstapels und brennstoffzelle
CA002327941A CA2327941A1 (en) 1998-04-07 1999-04-07 Method of converting a carbon-comprising material, method of operating a fuel cell stack, and a fuel cell
AU31746/99A AU3174699A (en) 1998-04-07 1999-04-07 Method of converting a carbon-comprising material, method of operating a fuel cell stack, and a fuel cell
NO20005044A NO20005044L (no) 1998-04-07 2000-10-06 Fremgangsmåte for å omdanne et karbonholdig materiale, fremgangsmåte for å drive en stakk av brenselceller og en brenselcelle

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1008832 1998-04-07
NL1008832A NL1008832C2 (nl) 1998-04-07 1998-04-07 Werkwijze voor het omzetten van een koolstofomvattend materiaal, een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcel en een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcelstapel.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1008832C2 true NL1008832C2 (nl) 1999-10-08

Family

ID=19766910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1008832A NL1008832C2 (nl) 1998-04-07 1998-04-07 Werkwijze voor het omzetten van een koolstofomvattend materiaal, een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcel en een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcelstapel.

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6607853B1 (nl)
EP (1) EP1082771B1 (nl)
AT (1) ATE357063T1 (nl)
AU (1) AU3174699A (nl)
CA (1) CA2327941A1 (nl)
DE (1) DE69935511D1 (nl)
NL (1) NL1008832C2 (nl)
NO (1) NO20005044L (nl)
WO (1) WO1999052166A2 (nl)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6858706B2 (en) 1998-04-07 2005-02-22 St. Jude Children's Research Hospital Polypeptide comprising the amino acid of an N-terminal choline binding protein a truncate, vaccine derived therefrom and uses thereof
US6878479B2 (en) 2001-06-13 2005-04-12 The Regents Of The University Of California Tilted fuel cell apparatus
CA2515611A1 (en) * 2003-08-21 2005-03-03 Shinko Electric Industries Co., Ltd. Power generating apparatus using solid electrolyte fuel cell
RU2361329C2 (ru) * 2004-05-19 2009-07-10 Сри Интернэшнл Электрохимический элемент с жидким анодом
GB0426879D0 (en) * 2004-12-08 2005-01-12 Secr Defence A fuel cell
US7799472B2 (en) 2005-05-16 2010-09-21 Turgut M. Gür High temperature direct coal fuel cell
US8563186B2 (en) * 2009-06-16 2013-10-22 Shell Oil Company Systems and processes of operating fuel cell systems

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3252773A (en) * 1962-06-11 1966-05-24 Pullman Inc Gasification of carbonaceous fuels
NL7404146A (nl) * 1973-03-28 1974-10-01
US3916617A (en) * 1974-03-29 1975-11-04 Rockwell International Corp Process for production of low BTU gas
US4017271A (en) * 1975-06-19 1977-04-12 Rockwell International Corporation Process for production of synthesis gas
JPS63110557A (ja) * 1986-10-27 1988-05-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質燃料電池の運転方法
EP0333261A2 (en) * 1988-03-14 1989-09-20 Bruno Costa Method and plant for the production of electrical energy and gas for chemical syntheses by means of oxidation in molten metal baths
US4921765A (en) * 1989-06-26 1990-05-01 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Combined goal gasifier and fuel cell system and method
JPH04137365A (ja) * 1990-09-27 1992-05-12 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池
EP0564796A1 (de) * 1992-03-13 1993-10-13 Binsmaier, Hannelore, geb. Gallin-Ast Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen
US5554453A (en) * 1995-01-04 1996-09-10 Energy Research Corporation Carbonate fuel cell system with thermally integrated gasification

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3138490A (en) * 1961-02-28 1964-06-23 Gen Electric Fuel cell
JPS62147664A (ja) * 1985-12-23 1987-07-01 Hitachi Ltd 溶融炭酸塩型燃料電池
JP2569550B2 (ja) * 1987-05-08 1997-01-08 石川島播磨重工業株式会社 燃料電池の温度分布改善方法
JP3319609B2 (ja) 1991-10-03 2002-09-03 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP2560232B2 (ja) * 1993-05-11 1996-12-04 工業技術院長 固体電解質型燃料電池及び該燃料電池用炭素直接酸化電極
US5914200A (en) * 1993-06-14 1999-06-22 Siemens Aktiengesellschaft High-temperature fuel cell stack arrangement with centrally located exit air space
DE4319411A1 (de) * 1993-06-14 1994-12-15 Siemens Ag Hochtemperaturbrennstoffzellenanlage
DE4328379C2 (de) * 1993-08-24 2001-11-29 Binsmaier Geb Gallin Ast Modulkraftwerk für die Erzeugung von elektrischer Energie aus Sonnenenergie
GB9623327D0 (en) * 1996-11-08 1997-01-08 British Gas Plc An electric power generation system
JPH1167258A (ja) * 1997-08-27 1999-03-09 Toshiba Corp 燃料電池

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3252773A (en) * 1962-06-11 1966-05-24 Pullman Inc Gasification of carbonaceous fuels
NL7404146A (nl) * 1973-03-28 1974-10-01
US3916617A (en) * 1974-03-29 1975-11-04 Rockwell International Corp Process for production of low BTU gas
US4017271A (en) * 1975-06-19 1977-04-12 Rockwell International Corporation Process for production of synthesis gas
JPS63110557A (ja) * 1986-10-27 1988-05-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質燃料電池の運転方法
EP0333261A2 (en) * 1988-03-14 1989-09-20 Bruno Costa Method and plant for the production of electrical energy and gas for chemical syntheses by means of oxidation in molten metal baths
US4921765A (en) * 1989-06-26 1990-05-01 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Combined goal gasifier and fuel cell system and method
JPH04137365A (ja) * 1990-09-27 1992-05-12 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池
EP0564796A1 (de) * 1992-03-13 1993-10-13 Binsmaier, Hannelore, geb. Gallin-Ast Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen
US5554453A (en) * 1995-01-04 1996-09-10 Energy Research Corporation Carbonate fuel cell system with thermally integrated gasification

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B.R.KRASICKI ET AL: "COAL GAS AS A FEED FUEL FOR PHOSPHORIC ACID FUEL CELL POWER PLANTS", INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, vol. 8, no. 7, 1983, OXFORD GB, pages 499 - 508, XP002089086 *
HAUSERMAN W B: "HIGH-YIELD HYDROGEN PRODUCTION BY CATALYTIC GASIFICATION OF COAL OR BIOMASS", INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, vol. 19, no. 5, 1 May 1994 (1994-05-01), pages 413 - 419, XP000440166 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 012, no. 355 (E - 661) 22 September 1988 (1988-09-22) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 016, no. 408 (E - 1255) 28 August 1992 (1992-08-28) *
VUTETAKIS D G ET AL: "ELECTROCHEMICAL OXIDATION OF MOLTEN CARBONATE-COAL SLURRIES", JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY, vol. 134, no. 12, 1 December 1987 (1987-12-01), pages 3027 - 3035, XP000065500 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE69935511D1 (de) 2007-04-26
EP1082771B1 (en) 2007-03-14
WO1999052166A3 (en) 2000-01-20
NO20005044D0 (no) 2000-10-06
WO1999052166A2 (en) 1999-10-14
NO20005044L (no) 2000-12-04
AU3174699A (en) 1999-10-25
CA2327941A1 (en) 1999-10-14
ATE357063T1 (de) 2007-04-15
US6607853B1 (en) 2003-08-19
EP1082771A2 (en) 2001-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2002219941B2 (en) Multipurpose reversible electrochemical system
US4818638A (en) System for hydrogen thermal-electrochemical conversion
US4692390A (en) Method and system for hydrogen thermal-electrochemical conversion
Kong et al. Development of hydrogen storage for fuel cellgenerators. i: Hydrogen generation using hydrolysishydrides
US7799450B2 (en) Water vapor transport power generator
CN115210175B (zh) 具备高效率的复合材料的超轻量产氢反应器
AU2002219941A1 (en) Multipurpose reversible electrochemical system
US20030162059A1 (en) Thermally efficient hydrogen storage system
AU1260100A (en) Solid oxide fuel cell which operates with an excess of fuel
WO2003041187A2 (en) Method and apparatus for generating hydrogen inside of a fuel cell
JPH11250922A (ja) 100℃を超える温度で動作するポリマー膜電気化学的電池
CA2474270C (en) Thermal management of fuel cells
NL1008832C2 (nl) Werkwijze voor het omzetten van een koolstofomvattend materiaal, een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcel en een werkwijze voor het bedrijven van een brandstofcelstapel.
KR101355238B1 (ko) 고체산화물형 연료전지 시스템과 그 운전방법
Xing et al. Polarization modeling and performance optimization of a molten sodium hydroxide direct carbon fuel cell (MHDCFC)
US20090136797A1 (en) Direct carbon fuel cell
US3775185A (en) Fuel cell utilizing fused thallium oxide electrolyte
Kodama et al. Ni/ceramic/molten-salt composite catalyst with high-temperature thermal storage for use in solar reforming processes
US7122269B1 (en) Hydronium-oxyanion energy cell
KR102052311B1 (ko) 합성가스를 이용한 연료전지 발전 장치 및 이를 이용한 연료전지 발전 방법
CN113371679A (zh) 一种二氧化碳-甲烷等离子高温重整装置及高温重整方法
Burke et al. Carbide-based fuel system for undersea vehicles
RU2107359C1 (ru) Способ генерирования электрической энергии из биоматериалов (варианты)
NL1021575C2 (nl) Warmtekrachtinstallatie en werkwijze voor het opwekken van elektrische en thermische energie.
Yildiz et al. Fuel cells

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
VD1 Lapsed due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20041101