燃料電池部品の 3D プリントによりコストが (大幅に) 削減されます

燃料電池部品の 3D プリントにより、コストが (大幅に) 削減されます。

Mohawk Innovative Technology は Velo3D を利用して、アノード オフガス リサイクル ブロワーの価格を 60% 削減します。

炭化水素は燃焼すると汚染物質を放出することがよく知られています。 しかし、今では思われますが、エネルギーを生成するときに必ずしもそれらを燃やす必要はないかもしれません。

研究段階から商業化段階に至る有望なアプローチは、固体酸化物燃料電池 (SOFC) 技術です。 その可能性は、Mohawk Innovative Technology と Velo3D とのパートナーシップを通じて明らかになります。

米国エネルギー省 (DOE) は、エネルギー生産を脱炭素化するための継続的な取り組みの一環として、長年にわたり SOFC に投資してきました (ウェブサイトによると、1995 年以来 7 億 5,000 万ドル)。

DOE は、SOFC を、実際の燃焼ステップを省略しながら、炭化水素燃料 (通常は天然ガス) の酸化から直接電気を生成する電気化学装置であると説明しています。 基本的に、SOFC は、再充電するガスを燃焼させることなく、常に再充電される無期限のバッテリーのように機能します。

小さなパッケージ、大きなエネルギー出力

ホセ・ルイス・コルドバMohawk Innovative Technology Inc. (MITI) のエンジニアリング担当副社長である Ph.D 氏は次のように述べています。

固体酸化物型燃料電池は、非常に小さなパッケージで大量のエネルギーを生成するため、非常に魅力的です。

DOE の資金提供を受けたいくつかのプログラムに取り組んでいる Mohawk は、ニューヨーク州アルバニーに本拠を置き、高効率、費用対効果が高く、環境への影響が少ない、オイルフリーのターボ機械の設計である「クリーンテック」を専門とする創業 28 年の企業です。再生可能エネルギータービン発電機、オイルフリーターボコンプレッサー/ブロワー、電気モーターなどの製品。

「SOFC はコンパクトで、工場で組み立てて、分散型エネルギー生産をサポートするために必要な特定の場所に輸送できます」とホセ・ルイス・コルドバ氏は述べています。

「これを、設置に数十億ドルと何年もかかる通常の集中型の数メガワット発電所と比較してください。 SOFC は非常に効率的でもあります。 通常のバッテリーとは異なり、試薬を供給している限り電気化学反応をほぼ無期限に継続できるため、時間の経過とともに電力が失われることはありません。」

2019年には4万台以上の100キロワット燃料電池（それぞれ50世帯に電力を供給可能）が世界中で出荷されたが、SOFCコンポーネントの多くは製造コストが高く、これらのコンポーネントは摩耗するため、この技術の広範な採用は限られている。作業を非常に効率的にするガスにさらされるため、すぐに消滅します。

コストと耐久性の問題に直面

このような課題を克服するために、Mohawk は、寿命を延ばし、効率を高めるために重要な部品の一部を設計しました。 一例は、「バランス・オブ・プラント」(SOFC の燃料スタックをサポートする機械) の重要なコンポーネントであるアノードオフガスリサイクルブロワー (AORB) です。

動作中、各燃料電池は供給されるガスの約 70% のみを使用します。 残りの約 30% は、水 (電気化学反応の生成物) とともにシステムを通過します。

「残ったガスや水を捨てるのではなく、プロセスの最初に戻したいのです」とホセ・ルイス・コルドバ氏は言う。 「そして、そこで AORB が登場します。 これは本質的に、排気を再利用して燃料電池の前部に戻す低圧コンプレッサーまたはファンです。」

「SOFC のバランス・オブ・プラントの設計者は、この送風機が既製のユニットになると考えていました」とホセ・ルイス・コルドバ氏は述べています (通常の 250 kW SOFC プラントでは 2 台の送風機が使用されます])。

「しかし、システム内のプロセスガスのせいで、従来のブロワーは腐食して劣化する傾向があります。 混合物中の水素はブロワーの材料である合金を攻撃し、ブロワーに動力を供給するモーターの磁石や電気部品も損傷します。 ほとんどのブロワーにはオイルなどの潤滑剤も含まれており、同様に劣化します。」

「そのため、プラントのバランスコストのかなりの部分を占める非常に信頼性の低いブロワーを使用することになり、SOFC プラントは 2 ～ 4,000 時間ごとにオーバーホールが必要になります。」