Nær- infrarød deteksjon av avgasser fra fremtidig brenselcelle- konsept.

Abstract

Bakgrunnen for denne oppgaven er et samarbeidsprosjekt mellom Institutt for Energiteknikk(IFE), Christian Michelsen Research (CMR) og Prototech. Prosjektet heter Zero Emission Gas Power Project, ZEG. Prosjektet innebærer et nytt konsept for produksjon av både elektrisitet og hydrogen gjennom integrering av høytemperatur- brenselcelleteknologi og reformering/kalsinering- teknologi med CO2- rensing/lagring fra naturgass. Naturgass er primært bestående av metan (CH4), men også små mengder etan, propan, butan, pentan, karbondioksid (CO2), nitrogen (N2), helium og dihydrogensulfid. Når naturgass brenner, frigjøres det CO2 og vanndamp. Dersom det er et problem i forbrenningsprosessen vil det i tillegg være rester av metan og karbonmonoksid i avgassene grunnet ufullstendig forbrenning. Før prosjektet settes ut i full skala vil et laboratorieskalert "kraftanlegg" utprøves for å demonstrere og evaluere hele konseptet. Laboratorie- eksperimenter og simuleringer vil bli utført for å oppnå optimale forhold for reformeringsreaksjonen. For å oppnå optimale forhold for reformerings-reaksjonen vil online nærinfrarød (NIR) overvåking av avgasser fra brenselcellen (før reformeringsreaksjonen) utføres. Men først må modeller for prediksjon av avgasser bygges ved hjelp av kjemometrisk modellering, på bakgrunn av NIR-målinger av forskjellige gassblandinger av CH4, CO2 og CO. Dette er første steg mot en online- situasjon i reell drift, og forsøkes løst med laboratorieforsøk. Noen av de potensielle problemene som kan oppstå, og dermed er undersøkt, er: · Bakgrunnseffekter: Endres bakgrunnsspektrene vesentlig over tid? Hvilken effekt har forskjell i gasstrykk mellom bakgrunn og spekteret som korrigeres? · Strømningseffekter: Vil prediksjoner av spektre tatt opp med strømmende gass være tilfredstillende og kan slike spektre korrigeres med bakgrunns-spektre tatt opp med stillestående gass? · Modellbygging: Vil absorbsjonsbåndene fra vanndamp overskygge signalene til CO2, CH4 og CO i det nær- infrarøde området? · Temperatureffekter: Vil toppintensiteter, båndbredder og topp- posisjoner endres vesentlig ved økt temperatur? Hvilke effekter vil det ha på modellering og prediksjon? · Kalibreringsoverføring: Vil forskjellene mellom målecellene være store? Er det behov for instrumentstandardisering? CMR har bygget to NIR- måleceller for prosjektet som benyttes i arbeidet med å bygge modeller for prediksjon av avgasser. Denne oppgaven er dermed et samarbeid mellom CMR og Universitetet i Bergen, ved student Andreas Linge Tomren.