氢是绿色能源的未来?

在这次采访中,AZoM博士说,威廉•Mustain Co-Associate院长研究部门在南卡罗莱纳大学的化学工程。他讨论了如何的未来绿色能源,氢和工程社区需要更多感兴趣的人找到可行的解决方案。

你能介绍你自己和你的专业背景吗?

我从南卡罗莱纳大学的William Mustain博士。我也自己Co-Associate院长研究和化学工程系教授。我是一个编辑应用催化B环境和电化学的椅子社会能源技术部门。

卡罗莱纳大学和大学的工程和计算机参与推动绿色能源?

大约40%的教师在工程和计算机学院的南卡罗莱纳大学的工作能量。我们工作在一个广泛的东西,从电化学能源转换和存储、电池和燃料电池等热过程,如吸收和核反应堆。

我们燃烧和先进的燃料,它包括一切氢氨和可持续的航空燃料。大部分教师也在电能转换和控制工作,另一组在交易基础设施和弹性。

从资金的角度来看,大学带来了约1亿美元的能源相关的资金在过去的五年里,在学院每年带来大约4500万美元。过去的五年里带来了仅在多能源相关研究,除了所有其他的研究领域。这些合同来自美国能源部、美国海军研究办公室,特斯拉,苹果、金霸王、通用电气、通用汽车(General Motors)、福特等。

我们有这么多令人兴奋的东西在大学。我的专业领域是电化学工程,特别是电动汽车,因为我们是能量储存的研究方面,在电池或化学物质如氢,以及如何利用它们。这一领域,至少在我集团一直稳步增长自15年前我开始当教员,并真心的回报。

有趣的看事情,你会考虑学术发生在教室或实验室,成为真正的产品或集成到产品。我们与Technetics的关系在这个方向,也正如我们所生成的一个新的部分,已经水电解槽内部,我们正在和测试在我们的实验室。

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你最近发表的白皮书的多孔的影响传输层属性在阴离子交换膜阳极电极Elextrolyzers”指出,可再生能源已经看到近年来显著减少成本。你能告诉我们更多关于这背后的因素?

太阳能和风能看过最减少由于材料和制造成本。欧洲杯足球竞彩例如,直到2012年,太阳能电池板的成本相对稳步下降。自那以来,太阳能电池板的成本大约是常数。

然而,效率上升,这意味着发电单位面积比之前更重要。这导致更少的阳光需要生产相同数量的权力,或者如果你有相同数量的阳光,您可以生成更多的权力。

另一个改进是制造技术和它们是如何构建和组装。如果房主或业务安装太阳能,很大一部分是劳动成本,劳动力成本大幅降低。

这是由太阳能电池板变得更复杂,导致他们被更轻、更加模块化的建设。这使得三千瓦的太阳能被安装在你的房子在一个下午。

关于风力发电,科学并没有改变,但工程使我们的欧洲杯线上买球能力比以前更大的涡轮叶片。如果你双叶片的大小,你可以获得四倍的能量。

一个标准的指标是逐步降低发电成本,包括政府补贴。近年来帮助风很大一个因素是工程和政治方面,有志者事竟成增加生成的风力发电。

存在哪些挑战关于移动这些来源从利基应用到更广泛的采用在公众吗?

制造基地应电池板和风力涡轮机的体积,你需要启用这个绿色能源过渡。

然而,人们投资于非技术、煤、天然气等。经常发生的是,资本投资进入那些没有被浪费。

我们所有的煤电厂在南卡罗来纳州在2028年将离线。能量必须更换。突然你少20%的发电,例如,像在南卡罗来纳州的煤炭。现在有一个巨大的推动,被几乎完全由太阳能。

太阳能有其承诺也是挑战。一整天都阳光普照,但人们不打开他们的洗衣机和烘干机。他们想充电电动汽车立即回家,不让他们一夜之间当电力需求较低。当太阳照耀,风一吹,它不一定结合时需要使用的能量。

负载的管理是至关重要的,在某种程度上,这意味着我们将不得不重新思考我们如何的负荷。我们可能要增加核或改变使用水电基地导致调峰。我们也必须考虑如何储存能量。

日常变化是一回事,但必须考虑季节性能耗变化。能源利用季节性变化,不仅每小时或每天,这意味着我们需要长期储存能量。

电池收到了多少关注,但它不仅是很难和管理他们在非常大的尺度上,电池可能不适合很长时间存储由于自放电。

这就是绿色的氢。氢可用于长期能源存储。您可以生成氢存储在容器或管道多年。在这个时候,一个电池自放电,变得不可用。短期电池是非常不错的选择,但从长远来看,他们失去了魅力,它给氢显著空间玩。

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氢提出的挑战是什么?

挑战之一是能量密度。氢重量能量密度最高,每质量的词。但这是,因为氢分子非常小。每个卷,它不做的特别好。即使你接受低温存储,将其转化为液态,你大约三分之一到四分之一的能量密度的柴油,汽油,或传统的液态燃料。

的利用率氢在交通应用程序中,能量密度是一个认真的考虑。例如,你的车的体积并不影响您携带的汽油量。

油箱是一个合理的大小,因此是一种加压氢燃料箱。得到相同的范围在5公斤氢气作为你在一辆坦克的气体,和5公斤压缩的大小不太不合理但不会合理的飞机或船所需的体积。

氢的能量密度成为一个挑战,当你开始试图动员。更具体地说,有很多方法可以使用氢。例如,考虑燃料电池。他们是高效的,但如果您想要使用燃料电池,你必须彻底改变现有的燃料基础设施。

他们也具有挑战性的加大和放慢速度极快。他们更喜欢在这些混合模式,燃料电池运行在最高效率和电池的上下。燃气轮机,例如,不工作。

可以提高燃气轮机非常迅速,这是燃气轮机在哪里比固体氧化物燃料电池在某些应用程序中。然而,如果你在燃气轮机燃烧氢,火焰速度远远快于在使用传统燃料。因此,涡轮机设计必须完全改变了。

氢载体如氨、火焰速度非常低,这需要与其他混合氨汽轮机运行。尽管氢有严重的承诺对我们产生它使用可再生能源的能力,它可以是一个高度可靠的能源载体。

还有公众的认知。如果你问人们关于氢,一些人仍然认为兴登堡几十年前,但这影响了他们的视力的氢燃料的未来。

白皮书中提到阴离子交换膜水电解槽最近倍受关注由于其潜在优势现有的商用电解水技术。你能告诉我们更多关于技术令人兴奋的和你的一些发现纸吗?

目前,碱性电解槽技术掩盖了其他的事情。他们已经使用了100多年在一些规模但大大扩展了过去50年。现在,电解生产只有世界5%的氢。另外的95%来自蒸汽重整燃料、沼气或天然气是最常见的。尽管这项技术是非常健壮的和研究,它有一些问题。

首先,你要非常刻薄的解决方案和流在一个工厂,人们工作,意味着维护和安全是一个问题。它没有关闭植物,但人们必须考虑它。

其次,细胞的设计意味着你只能运行在相对较低的电流和压力,因为如果达到更高的排放压力,电极之间的分隔符是摧毁,导致灾难性的失败。

这些电解槽使用廉价的镍材料,但在电流密度和压力是有限的。欧洲杯足球竞彩在1990年代,质子交换膜电解槽成为更受欢迎,脆弱的细胞中间分隔符替换为强烈类似于聚四氟乙烯的聚合物。该分离器收缩整个细胞。

而不是大规模的系统操作在低电流密度,你可以做电极,在微米尺度小1000倍。这意味着你可以得到更高的电流,因为电极相互接近,可以以更高的效率。

在传统的碱性电解槽中,如果你想吹成一个海绵,你吹穿过它。然而,分离器的质子交换膜电解槽更像一个气球。如果你吹一个气球,它膨胀。这意味着它可以处理高压力,聚合物膜。

这导致在更高的压力的能力,之后不需要压缩的氢气,节约能源。

高电流意味着系统可以小,但消极的一面是,他们使用了许多昂贵的材料。欧洲杯足球竞彩铂和铱是阴极和阳极材料,铂是每盎司1000美元,而镍数万美元每克。欧洲杯足球竞彩这是至少两个数量级差异成本。

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质子交换膜电解槽中使用的膜是由氟化合物和pfa,而在欧洲,有很多讨论在pfa和可能性,它要么是完全禁止或高度管制,使得使用这些化合物的成本非常高昂。这意味着人们很相信我们不能使用这些膜了。

阴离子交换膜燃料电池承诺这些电解槽的优势结合起来。他们有一个坚实的基于碳氢化合物代替全氟聚合物膜材料,这意味着它更便宜,也没有pfa的问题。欧洲杯足球竞彩它也是一个碱性环境,所以你可以使用低成本的材料。欧洲杯足球竞彩

一个相关的例子在我们的报纸是传统多孔传输层,我们与Technetics工程和设计。PEM电解槽,这是platinum-coated钛,但是在我们的报告中,镍合金,意义显著降低材料的成本。

在其他的研究中,我们想了解图层属性,如密度、合金材料和构成,厚度,以及它们如何影响电解槽的性能。

为公众这是什么意思?

我认为这意味着氢是一个小比一年前更实际的今天由于大规模投资。数百亿美元已经宣布在欧洲,美国,中国。

这项投资的碱性和PEM电解槽的担忧,但未来最有可能的阴离子交换膜电解系统。做任何使这些性能的一小部分成本的概率将增加一个氢经济20或30年后。

我们中的一些人会去充氢气的能源站,而其他人仍然充满汽油或丙烷。有些人会充满电,在车站,在家里,或者在工作。然而,如果我们能降低氢气的成本,这是更可能被用来运输和能源存储网格规模。

美国能源部的目标是1美元每千克氢的十年。一千克氢是相当于一加仑汽油,这就像支付一美元一加仑。

有什么在你的研究,你没有料想到,或者是一个最引人注目的事情你已经学会了吗?

大多数人试图让资助工作在这一领域正在研究催化剂和膜由于催化剂反应发生的地方。细胞膜中带有电荷和充当分离器的细胞。这些都是令人激动的事情人们思考与水电解或任何电化学装置。

我以前的一个学生,努尔Ul哈桑,他现在工作在国家可再生能源实验室,我试图找出最重要的因素是低驱动电压或导致细胞电压。我们发现,在我们的数据集,最显著的组件是多孔传输层。这是非常令人惊讶。

我们观察细胞内最显著的组件,如果数据集是受限的。从我们的统计分析,结果表明多孔传输层。

这项研究让我们决定,我们将开始设计多孔传输层与合作伙伴。我们寻找其他公司在世界范围内,这些多孔金属网格。我们发现市场相对较小,但是却在不断增长。我们看了两家公司,已经建立了。事实上,我们已经使用一个标准的传输层好几年。材料很昂贵,我们不能操作材料的属性。欧洲杯足球竞彩结果,我发现Technetics集团在哥伦比亚,南卡罗来纳,它使用一个FELTMETAL^TM产品为不同的应用程序。

我们的合作者开始烧结金属颗粒密度和厚度等等。我们一起调整控制我们能够生产,然后使用内部欧洲杯猜球平台的细胞。,我们可以拨打的大小、厚度、密度和材料一个高性能的PTL。

什么原则指导和帮助形成强大的伙伴关系,让你与这样的公司合作Technetics的方式让你更成功的结果吗?

的一件事,我发现每一个成功的工业合作是双方有既得利益在你正在做的事情和任务的内部项目。

最好的合作交流信息和密切合作。约翰和伊莱恩,他也在纸上,高度支持我们想做什么。

我们是一个工程组和有既得利益在寻找一种有效的传输层。从侧面Technetics,这是一个迷人的,知识的问题,这将是一个commercializable产品。这是一个双赢的,我认为它仍然是。

最后你有什么想法要补充的吗?

有很多方法来参与绿色的氢推动。我们要求人们生成我们需要的能源和电力存储几天和季节。我们需要人们在储氢和高压密封和建立电解槽和组件。

无论你决定是一个化学、机械、电气、计算机、或土木工程师,每个氢经济将发挥作用。我们有一个巨大的缺口的工程师,如果这样听起来令人兴奋你或你认识的人,与我联系。我会告诉他们,因为我们当然是需要劳动力。

我想强调,工业大学非常富有成果的合作。学者像我这样不只是在教室里教。有很多我们想帮助解决真正的实际问题。如果一个公司有一个很好回答的问题,但他们没有足够的带宽,大学是一个很好的方法。

最后,南卡罗来纳大学的思考。我们有一个巨大的能源重点大学的工程和计算机,我们开展前沿研究和1亿美元的赠款在过去的五年里相关的各种能源项目。这里有很多机会。如果有人想要获得更多的信息,请随时联系并问我。我很乐意帮助你。

有一个方法让人们接触你的问题吗?

发邮件我(电子邮件保护)是一个伟大的起点。我也有我的网站,mustainlab.com。如果你有兴趣我们的项目和论文,所有的文件的链接可以在网站上找到,包括我们与Technetics。

William e . Mustain博士

Mustain博士目前是Co-Associate院长研究一直是化学工程系教授自2017年以来,南卡罗莱纳大学的。超过130的出版物在他的名字,他是热衷于建立一个国际公认的研究项目在电化学能量转换和存储,以及准备下一代员工通过训练有素的顶尖的毕业生。

这些信息已经采购,审核并改编自Technetics集团提供的材料。欧洲杯足球竞彩

在这个来源的更多信息,请访问Technetics组。