A impressão 3D de peças de células de combustível reduz os custos (enormemente)

A impressão 3D de peças de células de combustível reduz os custos (enormemente).

A Mohawk Innovative Technology recorre à Velo3D para reduzir o preço dos sopradores de reciclagem de gás anódico em 60%.

Os hidrocarbonetos são bem conhecidos por liberar poluentes quando queimados. No entanto, como parece agora, nem sempre é necessário queimá-los ao gerar energia.

Uma abordagem promissora, emergindo do estágio de pesquisa – para o estágio de comercialização – é a tecnologia de célula de combustível de óxido sólido (SOFC). O potencial fica claro por meio de uma parceria entre a Mohawk Innovative Technology e a Velo3D.

O Departamento de Energia dos EUA (DOE) investe em SOFCs há anos (US$ 750 milhões desde 1995, de acordo com seu site) como parte do esforço contínuo para descarbonizar a produção de energia.

O DOE descreve um SOFC como um dispositivo eletroquímico que produz eletricidade diretamente da oxidação de um combustível de hidrocarboneto (geralmente gás natural), enquanto elimina a etapa de combustão real. Basicamente, um SOFC funciona como uma bateria de vida infinita que está sendo constantemente recarregada – sem queimar o gás que a recarrega.

Pacote pequeno, grande saída de energia

José Luis Córdoba, Ph.D., vice-presidente de engenharia da Mohawk Innovative Technology Inc. (MITI), disse:

As células de combustível de óxido sólido são muito atraentes porque produzem muita energia em embalagens muito pequenas.

Trabalhando em vários programas financiados pelo DOE, a Mohawk é uma empresa de 28 anos, sediada em Albany, Nova York, especializada em 'CleanTech' - o projeto de turbomáquinas de alta eficiência, econômicas, de baixo impacto ambiental e isentas de óleo produtos, incluindo turbogeradores de energia renovável, turbocompressores/ventiladores isentos de óleo e motores elétricos.

"As SOFCs são compactas e podem ser construídas em uma fábrica e depois transportadas para o local específico onde são necessárias para dar suporte à produção de energia distribuída", disse Jose Luis Cordova.

"Compare isso com a usina de energia multimegawatt centralizada usual que leva bilhões de dólares e muitos anos para configurar. SOFCs também são muito eficientes. Ao contrário de uma bateria normal, eles não perdem energia com o tempo porque, desde que você forneça os reagentes você pode continuar as reações eletroquímicas praticamente indefinidamente."

Embora mais de 40.000 unidades de células de combustível de 100 quilowatts (cada uma capaz de abastecer 50 residências) tenham sido enviadas em todo o mundo em 2019, a ampla adoção da tecnologia foi limitada devido ao alto custo de fabricação de muitos dos componentes do SOFC e ao desgaste desses componentes. saem rapidamente graças à exposição aos próprios gases que tornam seu funcionamento tão eficiente.

Enfrentando problemas de custo e durabilidade

Para ajudar a superar esses desafios, a Mohawk projetou algumas dessas peças críticas para vida útil mais longa e maior eficiência. Um exemplo é o soprador de reciclagem de gás anódico (AORB) – um componente essencial do 'equilíbrio da planta' (o maquinário que suporta a pilha de combustível do SOFC).

Durante a operação, cada célula de combustível usa apenas cerca de 70% do gás que é alimentado. O restante dos cerca de 30% passa direto pelo sistema junto com a água (produto da reação eletroquímica).

"Você não quer jogar fora o gás ou a água que sobrou, quer mandá-los de volta para o início do processo", disse José Luis Cordova. "E é aí que entra o AORB; é essencialmente um compressor ou ventilador de baixa pressão que recicla o escapamento e o devolve à frente da célula de combustível".

"Os projetistas do equilíbrio da planta SOFC estavam pensando que este soprador seria uma unidade pronta para uso", disse Jose Luis Cordova (uma planta SOFC típica de 250 kW empregaria dois deles]).

"Mas, devido aos gases do processo no sistema, os sopradores tradicionais tendem a corroer e degradar; o hidrogênio na mistura ataca as ligas das quais os sopradores são feitos e também danifica os ímãs e os componentes elétricos dos motores que alimentam os sopradores. A maioria dos sopradores também contêm lubrificantes, como óleo, que também se degradam."

"Assim, você acaba com sopradores de confiabilidade muito baixa – representando uma parte significativa do custo do equilíbrio da planta – e sua planta SOFC precisa de uma revisão a cada duas a quatro mil horas."