Klipni plinski motor u CHP jedinici mehanički okreće generator. Goriva ćelija radi drukčije: gorivo se ne pretvara prvo u gibanje klipa ili turbine, nego se njegov kemijski potencijal pretvara izravno u električnu energiju. Toplina se i dalje oslobađa pa dobro projektiran sustav može istodobno davati električnu i toplinsku energiju.
Metan se najprije pretvara u gorivo prikladno za ćeliju
Bioplin se najvećim dijelom sastoji od metana i ugljikova dioksida. U stacionarnim sustavima metan se u reformeru ili unutar same visokotemperaturne ćelije pretvara u plinsku smjesu bogatu vodikom. Elektrokemijska reakcija zatim stvara istosmjernu električnu energiju, a pretvarač je prilagođava mreži i potrošačima na lokaciji.
Visokotemperaturne tehnologije poput SOFC i MCFC mogu biti zanimljive jer podnose unutarnje ili vanjsko reformiranje metana i daju toplinu više temperature. Niskotemperaturne PEM ćelije uglavnom zahtijevaju prethodno proizveden, vrlo čist vodik, pa je njihov plinski put složeniji.
Čišćenje bioplina presudno je za pouzdan rad
Sirovi plin iz digestora ne smije se bez pripreme dovesti u gorivu ćeliju. Kondenzat i čestice moraju se ukloniti, a sumporovodik svesti na vrlo nisku razinu. Ovisno o sirovini, kontroliraju se i siloksani, halogenirani spojevi, amonijak i drugi tragovi koji mogu otrovati katalizator ili stvarati naslage.
Točni pragovi nisu jednaki za svaki model. Projekt zato mora krenuti od specifikacije odabranog proizvođača, analize stvarnog bioplina i jasnog plana zamjene adsorbenata i filtara. Ušteda na pripremi plina može se pretvoriti u vrlo skup kvar energetskog modula.
Što goriva ćelija može ponuditi?
- visoku električnu učinkovitost bez klasičnog ciklusa izgaranja i mehaničkog generatora
- miran rad s malo vibracija i niskom lokalnom bukom
- vrlo niske emisije dušikovih oksida i čestica u odnosu na klasične motore
- modularno povećavanje snage kod pojedinih izvedbi
- mogućnost korištenja topline za digestor, toplu vodu ili industrijski proces
Najveća korist ostvaruje se kada postrojenje ima stabilnu baznu potrošnju električne energije i stvarnog korisnika topline. Sama visoka električna učinkovitost ne jamči dobru investiciju ako je sustav često izvan pogona ili ako priprema plina troši previše energije i potrošnog materijala.
Zašto plinski motor još uvijek dominira?
Plinski motori imaju veliku bazu referenci, razvijenu servisnu mrežu i poznato ponašanje na promjenjivom bioplinu. Gorive ćelije obično traže višu početnu investiciju, preciznije čišćenje plina i stručan servis. Neke izvedbe imaju sporije zagrijavanje i ne odgovaraju čestim pokretanjima i zaustavljanjima.
Zbog toga ih nije dobro opisivati kao univerzalnu zamjenu. One su alternativni pretvarač energije koji može imati prednost kada su važni električna učinkovitost, tišina, niske lokalne emisije i kontinuiran rad, a lokacija može osigurati kvalitetan plin i dugoročnu tehničku podršku.
Što treba provjeriti prije ponude?
U tehničko-ekonomskoj usporedbi treba uključiti sastav i promjenjivost bioplina, potrošnju sustava čišćenja, raspoloživost modula, cijenu zamjene stacka, vrijednost topline, servisni odziv i mogućnost rada u otočnom režimu. Usporedba s CHP motorom mora se temeljiti na istoj godišnjoj količini plina i istoj razini raspoloživosti.
Izvori i dodatno čitanje
- U.S. EPA – CHP Technologies
- U.S. Department of Energy – Improving Desulfurization to Enable Fuel Cell Utilization of Digester Gases
- U.S. Department of Energy – Expanding the Use of Biogas with Fuel Cell Technologies
Članak je informativan. Potrebnu kvalitetu plina, snagu, učinkovitost, životni vijek i režim održavanja treba potvrditi za konkretnu tehnologiju i sastav bioplina. Ilustracija prikazuje funkcionalni princip, a ne određeni komercijalni uređaj.