Modellering av autotermisk reformering i hjälpkraftaggregat
- Diarienummer
- SM07-0018
- Start- och slutdatum
- 080301-100930
- Beviljat belopp
- 1 142 442 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Övrigt
Summary
En stor del av forskningen inom fordonsindustrin är riktad mot produkter som innebär en mindre miljömässigt påverkan i ett långt perspektiv. Två viktiga områden är anpassningen till förnyelsebara bränslen och utveckling av teknologier som kan förbättra verkningsgraden i fordonen. Ett tänkbart förnyelsebart alternativ till diesel är dimetyleter (DME), som dessutom har potential för lägre avgasemissioner. Utvecklingen av hjälpkraftaggregat (APU, auxiliary power unit) syftar mot att eliminera den tomgångskörning vid stillastående som sker enbart för att generera elektricitet och värme till fordonet. Tomgångskörning står för en betydande del av utsläppen av både växthusgaser och andra emissioner från tunga lastbilar. Syftet med detta projekt är att ta fram modeller för autotermisk reformering av DME, en nyckelkomponent inom APU-systemet för lastbilar. Projektet kommer att inkludera kinetikstudier av reformeringsreaktionerna, och de potentiella masstransportbegränsningar som kan förekomma i systemet. Ytterligare målsättningar för forskningsstudien är till exempel att undersöka vilka som är de optimala betingelserna för att få ett stabilt system med hög verkningsgrad, om förändrad design kan medföra mer effektiva reformer, och hur reformern bäst integreras med övriga delar i APU-systemet. Studierna kommer att genomföras i nära samarbete med experimentella undersökningar, och kommer också att stödja utvärderingen av olika katalysatorers påverkan på reformerns verkningsgrad.
Populärvetenskaplig beskrivning
Air pollution from emissions of nitric oxides (NOx) and particulates in addition to the threat of climate change due to increasing concentrations of carbon dioxide (CO2) in the atmosphere has made the adoption of renewable fuels and efforts to increase energy efficiency a high priority in the transport sector. An attractive alternative to fossil diesel fuel is dimethyl ether (DME). Since DME can be produced from renewable biomass resources, its use would reduce the accumulation of CO2 in the atmosphere. In addition the exhaust from DME fuelled engines have lower concentrations of air pollutants. It has been estimated that idling accounts for between 20 to 40% of the operating time of heavy-duty truck engines. Truck engines idle to produce electricity for driver comfort or cargo refrigeration needs. The energy efficiency of a truck engine during idling is only about 2%. This means that idling accounts for a significant part of the negative environmental impact of trucks. Efforts are underway to develop on board auxiliary power units (APU) to eliminate the need for idling. An APU that produces electricity from a fuel cell powered by the steam reforming of DME could have an efficiency of 40%. Such an APU could drastically reduce fuel consumption and in turn emissions of CO2 and other air pollutants. Fuel cells, powered by hydrogen, which on board a vehicle can be produced from the fuel, by steam reforming reactions in a specialized reformer reactor in the APU. During steam reforming, steam reacts with DME to produce hydrogen as will as carbon oxides. Steam reforming reactions are catalyzed by various metals including nickel and palladium supported on high surface area materials such as aluminium oxide. The steam reforming reactions are also endothermic which means that they must be supplied with heat, otherwise they self-extinguish. Heat would be produced in the reactor by also feeding it with some air, so that oxygen will also react with some DME to produce heat by oxidation reactions such as combustion. In the proposed project modelling studies will be carried out with the aim to gain a better understanding of the chemical reactions and the transport of heat and mass in the reactor. The project could also encompass work aimed at examining the optimal operating conditions, exploring alternative improved designs, investigating integration of the reactor with the other equipment in an APU system, and evaluation of alternative catalyst formulations.