De cruciale rol van waterstof membraanpompen in brandstofcelsystemen
In de zoektocht naar duurzame energieoplossingen vormen membraanpompen een essentieel onderdeel van het waterstofbeheer in brandstofcelsystemen. Ze zorgen voor nauwkeurige controle, veiligheid en efficiëntie.
Nu de wereld toewerkt naar een beperking van de CO2 emissie, komen waterstof-brandstofcellen steeds vaker in beeld als een potentiële hoeksteen voor duurzame energieopwekking. Binnen deze systemen vervullen membraan- brandstofcelpompen meerdere cruciale functies, van waterstofrecirculatie tot condensaatbeheer, die direct van invloed zijn op de prestaties en de levensduur.
Energie voor de toekomst: hoe waterstof-brandstofcellen steden transformeren
De manier waarop waterstofsystemen worden geïntegreerd in elektriciteitsnetten, transportnetwerken en woonwijken in Zuid-Koreaanse steden zoals Pyeongtaek en Namyangju, maakt nu al het potentieel van brandstofceltechnologie duidelijk. In deze steden moeten nieuwe grootschalige woon- en kantoorgebouwen bijvoorbeeld zelfvoorzienend zijn waarbij gebruik wordt gemaakt van duurzame energieoplossingen. Naast hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonne-energie, vormen brandstofcellen een integraal onderdeel van deze initiatieven. Deze systemen leveren doorgaans tot 10 kW per module en kunnen voor een hoger vermogen in serie worden geschakeld. De technologie is met name geschikt voor het overbruggen van tekorten bij stroomuitval of wanneer andere energiebronnen onvoldoende leveren.
In het hart van deze systemen bevinden zich meerdere membraan- brandstofcelpompen die moeten voldoen aan uiteenlopende uitdagingen en de strengste veiligheidsnormen. Waterstof kent bijzondere risico's omdat het met de omgevingslucht een zeer explosief mengsel kan vormen dat voor ontbranding weinig energie nodig heeft. Vanwege deze eigenschappen zijn volledig lekvrije systemen essentieel om systeemstoringen of potentiële gevaren te voorkomen. Aangezien de kleine moleculaire structuur van waterstof het bovendien extra vluchtig maakt, zijn hoogwaardige materialen en nauwkeurige technologie vereist om betrouwbare afdichting en veilige werking te waarborgen.
De verschillende rollen van membraan- brandstofcelpompen
Als zuivere waterstof voor gebruik in brandstofcellen niet direct beschikbaar is, moet het eerst uit een waterstofdrager, bv. aardgas of biomassa, worden gewonnen. Pompen zoals de KNF N 938 membraangaspomp en de bijbehorende vloeistofpomp zoals de KNF FM 50 of FP 25 spelen bij dit productieproces een cruciale rol.
Bij winning uit aardgas begint het proces met stoomreforming van methaan. In deze stap voert een gaspomp het aardgas naar een reformer ① terwijl een vloeistofpomp gedeïoniseerd water toevoert ②. Binnen de reformer wordt het water eerst verhit tot stoom. Deze stoom reageert vervolgens in een katalytisch proces bij hoge temperatuur met het aardgas, wat leidt tot een gasmengsel met waterstof (H2) en koolmonoxide (CO). Omdat CO zeer giftig en brandbaar is en bovendien de brandstofcellen kan beschadigen, wordt het gasmengsel naar een PROX-eenheid (preferentiële oxidatie) geleid, waar het CO wordt omgezet in kooldioxide (CO2). Na deze conversie wordt de waterstof verder gezuiverd om te voldoen aan de strenge kwaliteitseisen voor gebruik in brandstofcellen.
Na zuivering stroomt de waterstof naar de brandstofcel, waar het een elektrochemische reactie met zuurstof aangaat om elektriciteit, water en warmte op te wekken. Aan de anode worden de waterstofmoleculen gesplitst in protonen en elektronen, waardoor een elektrische stroom wordt gegenereerd die voor een groot aantal toepassingen kan worden gebruikt. Aan de kathode combineren de protonen, elektronen en zuurstof waarbij water ontstaat. Dit water moet efficiënt worden afgevoerd om schade aan de componenten van de brandstofcel te voorkomen. In veel systemen gebeurt dit eenvoudig met behulp van zwaartekracht, soms ook met behulp van een waaierpomp. Wanneer echter actieve verwijdering nodig is, kunnen KNF membraanpompen, zoals de FF 12 of FP 7 vloeistof- membraanpomp ③, een geschikte oplossing zijn, met een lange levensduur en hoge betrouwbaarheid.
Een andere toepassing voor membraan- brandstofcelpompen zoals de hierboven genoemde N 938, is de recirculatie van waterstof binnen het brandstofcelsysteem. Ongebruikte waterstof wordt hergebruikt, wat zorgt voor maximale efficiëntie en minimale verspilling ④. Met een maximaal debiet tot 60 l/min in een dubbele-kopconfiguratie is deze pomp ideaal voor efficiënte verwerking van waterstof. Daarnaast kan de N 938, aangepast als recirculatiepomp met bijvoorbeeld een geanodiseerde aluminium pompkop, betrouwbaar natte gassen verwerken. Deze eigenschap is van groot belang voor het optimaliseren van de reactieomstandigheden binnen de brandstofcel. Indien nodig kan de pomp ook werken met een positieve inlaatdruk van de waterstof stack. Dit biedt meer flexibiliteit voor integratie in systemen en verbetert zowel de prestaties als de efficiëntie.
Aanpasbare membraanpompen ondersteunen de transitie naar duurzamere energie
KNF membraanpompen kunnen uitgebreid worden aangepast aan de specifieke eisen van brandstofcelsystemen. Het robuuste ontwerp maakt deze pompen ideaal voor toepassingen waar betrouwbaarheid van doorslaggevend belang is. Dankzij de lange levensduur en weinig tot geen onderhoud, bieden deze brandstofcel- membraanpompen de betrouwbaarheid die nodig is voor kritische toepassingen in transport, stationaire energieopwekking en industriële systemen. Terwijl steden zich blijven ontwikkelen, met Zuid-Korea als voorbeeld voor een succesvolle integratie van duurzame energie in stedelijke omgevingen, zullen de gas- en vloeistof membraanpompen van KNF een steeds belangrijkere rol spelen in de transitie naar schonere energieoplossingen.
