3D 프린팅 연료전지 부품으로 비용 절감(대폭)

3D 프린팅 연료전지 부품은 비용을 (획기적으로) 절감합니다.

Mohawk Innovative Technology는 Velo3D를 선택하여 양극 오프가스 재활용 송풍기 가격을 60% 절감했습니다.

탄화수소는 연소될 때 오염 물질을 방출하는 것으로 잘 알려져 있습니다. 그러나 현재 보이는 것처럼 에너지를 생성할 때 항상 연소할 필요는 없을 수도 있습니다.

연구 단계에서 상업화 단계로 떠오르고 있는 유망한 접근 방식은 고체산화물 연료전지(SOFC) 기술입니다. Mohawk Innovative Technology와 Velo3D 간의 파트너십을 통해 잠재력이 분명해졌습니다.

미국 에너지부(DOE)는 에너지 생산을 탈탄소화하기 위한 지속적인 노력의 일환으로 SOFC에 수년간 투자해 왔습니다(웹 사이트에 따르면 1995년부터 7억 5천만 달러).

DOE는 SOFC를 실제 연소 단계를 제거하면서 탄화수소 연료(보통 천연가스)의 산화로부터 직접 전기를 생산하는 전기화학 장치로 설명합니다. 기본적으로 SOFC는 재충전하는 가스를 태우지 않고 지속적으로 재충전되는 무한 수명 배터리처럼 작동합니다.

작은 패키지, 큰 에너지 출력

호세 루이스 코르도바, Mohawk Innovative Technology Inc.(MITI)의 엔지니어링 부사장인 Ph.D.는 다음과 같이 말했습니다.

고체산화물 연료전지는 매우 작은 패키지에서 많은 에너지를 생산하기 때문에 매우 매력적입니다.

여러 DOE 자금 지원 프로그램을 진행 중인 Mohawk는 28세의 뉴욕 주 올버니에 본사를 두고 있으며, 고효율, 비용 효율적, 환경에 영향이 적은 오일 프리 터보 기계 설계인 'CleanTech' 전문 회사입니다. 재생에너지 터보발전기, 오일프리 터보압축기/송풍기, 전기모터 등의 제품.

Jose Luis Cordova는 “SOFC는 소형이며 공장에서 제작한 다음 분산 에너지 생산을 지원하는 데 필요한 특정 현장으로 운송할 수 있습니다.”라고 말했습니다.

“이를 설치하는 데 수십억 달러와 수년이 소요되는 일반적인 중앙집중식 멀티메가와트 발전소와 비교해 보세요. SOFC는 또한 매우 효율적입니다. 일반 배터리와 달리 시약을 공급하는 한 전기화학 반응을 거의 무한정 계속할 수 있기 때문에 시간이 지나도 전력이 손실되지 않습니다.”

2019년에 40,000개 이상의 100kW 연료 전지(각각 50가구에 전력을 공급할 수 있음)가 전 세계적으로 배송되었지만, 많은 SOFC 부품의 제조 비용이 비싸고 이러한 부품이 마모되어 기술의 광범위한 채택이 제한되었습니다. 작업을 매우 효율적으로 만드는 바로 그 가스에 노출되어 있기 때문에 신속하게 제거됩니다.

비용 및 내구성 문제에 직면

이러한 문제를 극복하는 데 도움이 되도록 Mohawk는 더 긴 수명과 더 높은 효율성을 위해 중요한 부품 중 일부를 설계했습니다. 한 가지 예는 '플랜트 밸런스'(SOFC의 연료 스택을 지원하는 기계)의 필수 구성 요소인 양극 오프가스 재활용 송풍기(AORB)입니다.

작동 중에 각 연료전지는 공급되는 가스의 약 70%만 사용합니다. 나머지 약 30%는 물(전기화학 반응의 산물)과 함께 시스템을 통과합니다.

Jose Luis Cordova는 “남은 가스나 물을 버리고 싶지 않고 프로세스 초기 단계로 다시 보내고 싶어합니다.”라고 말했습니다. “그리고 바로 AORB가 필요한 곳입니다. 이는 본질적으로 배기가스를 재활용하여 연료전지 전면으로 되돌리는 저압 압축기 또는 팬입니다.”

Jose Luis Cordova는 “SOFC 플랜트 균형 설계자들은 이 송풍기가 기성품이 될 것이라고 생각하고 있었습니다.”라고 Jose Luis Cordova는 말했습니다(일반적인 250kW SOFC 플랜트에서는 그 중 두 대를 사용합니다).

“그러나 시스템의 공정 가스로 인해 기존 송풍기는 부식되고 품질이 저하되는 경향이 있습니다. 혼합물의 수소는 송풍기를 구성하는 합금을 공격하고 송풍기에 전원을 공급하는 모터의 자석과 전기 부품을 손상시킵니다. 대부분의 송풍기에는 품질이 저하되는 오일과 같은 윤활유도 포함되어 있습니다.”

"따라서 결국에는 매우 낮은 신뢰성의 송풍기를 사용하게 되며 이는 플랜트 균형 비용의 상당 부분을 차지하며 SOFC 플랜트는 2~4,000시간마다 정밀 검사가 필요합니다."