利用氨生产气候友好型电力
使用氢气发电不会产生任何破坏气候的排放。但储存和运输氢气存在技术挑战。考虑到这一点，弗劳恩霍夫研究人员使用氨（一种更容易处理的氢衍生物）作为起始材料。氨在高温燃料电池堆中裂解，在此过程中产生的氢气转化为电能。废热可用作热能。人们对氢及其衍生物作为能源寄予厚望。它们在德国联邦政府国家氢能战略的能源转型部分中发挥着核心作用。氨 (NH 3 ) 被认为具有特别高的潜力，因为氢以氨的形式更容易储存和运输。
德累斯顿弗劳恩霍夫陶瓷技术与系统研究所的 Laura Nousch 教授与研究团队开发了一种基于高温燃料电池堆（固体氧化物燃料电池，SOFC）的演示器，该演示器可利用氨直接高效发电。电能和热能在一个紧凑的系统中产生，不会产生二氧化碳排放或其他有害副产品。
氨变成氢，氢变成电
弗劳恩霍夫研究员 Laura Nousch 解释了这种方法的优点：“几十年来，氨一直用于化学工业，例如生产肥料，因此有成熟且熟悉的处理这种物质的工艺。然而，仍然需要谨慎处理。
“作为氢载体，氨具有较高的能量密度，同时还相对容易储存和运输。氨是气候友好型发电和热能生产的理想起始材料。”
在此过程中，氨首先经过调节并送入裂解器，在那里被加热到 300°C 或更高的温度。作为回应，它分解成氢气 (H 2 ) 和氮气 (N 2 )。当该过程完成后，氮气可以与水蒸气一起作为无害的废气释放。然后，氢气被送入高温燃料电池。
在陶瓷电解质中，氢气流过阳极，而空气流过阴极。氢的分裂释放出电子，电子从阳极移动到阴极。这就是电流开始流动的方式。除了水蒸气，这种电化学反应还会产生热能。后燃也会产生热量。
“热量被用来维持裂解炉内的高温，同时也被释放为废热。废热可以用于建筑物供暖等目的，”诺施解释道。
效率高达 60%
在设计该系统时，弗劳恩霍夫 IKTS 的研究人员利用了他们数十年研究陶瓷燃料电池堆的专业知识。该团队能够构建一个燃料电池演示器，在一个设备中处理将氨分解成氢并随后将其发电的整个过程。
该方法的效率与基于天然气的方法一样，为 60%，但不同之处在于氨 SOFC 系统的结构相对简单且坚固。
该系统非常适合那些希望发电而不产生碳排放但未接入未来核心氢能网络的小型工业公司，或希望向客户提供绿色热能的市政当局和当地公用事业公司。即使是大型船舶也可以通过这种方式配备基于氨/氢的环保驱动器。
定制燃料电池系统
裂解炉温度越高，分解成氢的氨就越多。相反，在较低温度下（即略高于 400°C），相当一部分氨会残留。
“然而，我们的测试表明，氨分子在高温燃料电池中也会完全分解成氢。这甚至可以提高系统的整体性能，”诺施说。这为热管理开辟了各种选择。
“有针对性的设计和智能热管理与对燃料电池堆功率和尺寸等方面的其他修改相结合。因此，我们能够设计出气候友好型发电和供热的定制解决方案，尤其是针对中小型企业，”她解释说。
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