Ο τελικός στόχος του έργου είναι να παραδώσει μία ελκυστική και οικονομικά αποδοτική μονάδα συμπαραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας (ΣΗΘ) από υγραέριο/φυσικό αέριο/βιοαέριο, LPG/NG/BG, με σημαντικά προοδευτικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα συμβατικά συστήματα στο εμπόριο. Το πρώτο μέρος του έργου θα επικεντρωθεί στο σχεδιασμό, την βελτιστοποίηση και την κατασκευή των επιμέρους αντιδραστήρων και υποσυστημάτων (κελί καυσίμου και αναμορφωτής υδρογανθράκων), το οποίο θα γίνει εξολοκλήρου από την εταιρεία και τον ερευνητικό οργανισμό που συμμετέχουν με βάση την τεχνογνωσία που έχει είδη αναπτυχθεί από αυτούς. Το δεύτερο μέρος θα επικεντρωθεί στο σχεδιασμό και την κατασκευή του προτεινόμενου συστήματος. Οι βελτιώσεις που θα επιτευχθούν στο επίπεδο του σχεδιασμού του συστήματος θα στοχεύουν στην ενίσχυση της ηλεκτρικής απόδοσης, του χρόνου εκκίνησης και της δυναμικής απόκρισης, της απλότητας (BoP) και της αντοχής του συστήματος. Το τρίτο μέρος αφορά τον έλεγχο και την επίδειξη της δυναμικής του συστήματος ακολουθώντας πρωτόκολλο μετρήσεων που να αντανακλά σε τελική εφαρμογή.
1. Κελί καυσίμου πολυμερικού ηλεκτρολύτη υψηλής θερμοκρασίας (HT PEMFC):
Η κατασκευή της κυψελίδας θα βασιστεί στην τεχνολογία των ηλεκτροδίων και των ηλεκτρολυτών πολυμερικής μεμβράνης υψηλής θερμοκρασίας PBI ή TPS (160-200οC). Το κελί καυσίμου θα σχεδιαστεί και θα κατασκευαστεί από το ΙΕΧΜΗ (Σχήμα 1) με ηλεκτρική ισχύ 2 kWe. Στόχος είναι η ηλεκτρική απόδοση να φτάσει το 45% (LHV) και πυκνότητα ισχύος 1kW/l. Η καινοτομία θα βασίζεται στο ότι το κελί θα ψύχεται με νερό και με τονκατάλληλο σχεδιασμό θα παράγει υπέρθερμο ατμό στους 110-120οC.
Σχήμα 1. Εικόνες από προηγούμενες πρότυπες κατασκευές συστοιχιών HT PEMFC από το ΙΕΧΜΗ.
2. Επεξεργαστής καυσίμου LPG/NG/BG:
Ο επεξεργαστής καυσίμου θα σχεδιαστεί και θα κατασκευαστεί από την ΕΛΒΙΟ. Θα συμπεριλαμβάνει τον αντιδραστήρα αναμόρφωσης (SRR) LPG/NG/BG και τον αντιδραστήρα μετατόπισης (WGS) για παραγωγή υδρογόνου δυναμικότητας 120 gr H2/h (1.3m3/h) με απόδοση > 85%. O SRR στηρίζεται στην τεχνολογία του αντιδραστήρα θερμαινόμενου τοιχώματος HIWAR που αποτελεί κατοχυρωμένη τεχνογνωσία της ΕΛΒΙΟ. Αυτοί οι αντιδραστήρες παρουσιάζουν υψηλή εκμετάλλευση της θερμότητας, και οι δύο αντιδράσεις (αναμόρφωση του ατμού και καύση του καυσίμου) πραγματοποιούνται ταυτόχρονα μέσα στον αντιδραστήρα. Το HIWAR αποτελείται από μια δέσμη σωλήνων ή πλακών εντός των οποίων λαμβάνει χώρα η αντίδραση αναμόρφωσης σε έναν καταλύτη που αποτίθεται σε ένα λεπτό φιλμ στην εσωτερική επιφάνεια κάθε σωλήνα, Σχήμα 2.
Σχήμα 2. Σχηματική αναπαράσταση του αντιδραστήρα θερμαινόμενου τοιχώματος HIWAR και των διεργασιών.
3. Θερμική διασύνδεση του επεξεργαστή με το κελί καυσίμου:
Το σύστημα θα σχεδιαστεί ώστε να διασυνδέει τα προαναφερθέντα σε μια ενιαία διεργασία, που όχι μόνο θα συντονίζει τη λειτουργία των διαφόρων υποσυστημάτων για τη συνολικά βέλτιστη λειτουργία της, αλλά και θα επιτρέπει σημαντικό μέρος της παραγόμενης θερμότητας από το κελί να χρησιμοποιείται για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών της αντίδρασης αναμόρφωσης, αυξάνοντας μέχρι και 25% την ηλεκτρική απόδοση του συστήματος. Το σύστημα θα εγκατασταθεί και θα λειτουργήσει στην κτιριακή υποδομή του ΙΕΧΜΗ, με στόχο την κάλυψη αναγκών σε ενέργεια και την επίδειξη της καλής λειτουργίας.
Σχήμα 3. Διάγραμμα των διεργασιών του προτεινόμενου συστήματος επεξεργαστή καυσίμου/κελιού καυσίμου.