Fall 2, Teknikprojektet-Design

oktober 16th, 2017 | by Bella Menard

Design   

-Bella Menard TE17A

 

Fossilbränslen som olja, och kol byggde upp vårat moderna samhälle. Dom kan pålitligt skapa energi i jättelika mängder för oss utan problem, men även fast oljan är kraftfull så förstör den klimatet, och den håller snart på att bli en resurs som kommer att ta slut. Klimatförändringarna på grund av fossila bränslens koldioxidutsläpp kan bli dramatiska, och drastiska. Forskningen visar att vi riskerar en ökning av medeltemperaturen på 4 grader inom 100 år, om utsläppen av koldioxid och andra växthusgaser fortsätter att öka i dagens takt. Om temperaturen stiger mer än 1,5 grader medför det ödesdigra konsekvenser.  På vissa ställen kan det bli torka, på andra ställen mer regn. Havsytan höjs när isarna smälter. Djurarter dör ut och människor tvingas på flykt. Jorden som vi känner den idag kan förändras tills den inte längre är sig lik.

Hur skulle vi kunna lösa det här problemet?

Sol, vind och vatten är förnyelsebara energikällor som skulle kunna förgöra det här problemet. Men! Förnyelsebara energikällor är inte lika kraftfulla som olja. Därför krävs det också en förändring av hela samhället. Världens transporter drivs till 92% med olja. Oljan driver in princip de mesta fordon vi använder, och förnyelsebara alternativ har inte en alls stor roll i marknaden. Så vi måste hitta nya sätt att leva, utan att använda lika mycket energi.

 

Lag E har länge funderat på hur man skulle kunna förminska koldioxidutsläpp på ett smidigt, och underbart effektivt sätt, därför har vi kommit på en ide som skulle kunna förverklighetsgöra den verkligheten.

Vår ide är att skapa en bränslecell kombinerad med en elektrolys som ska kunna ersätta människors behov för andra el källor som skapar elektricitet. Våran variation av bränslecell elektrolys kombination heter H2Sol och kommer att vara så effektiv på att skapa elektricitet att konkurrenterna inom bränslecell försäljning kommer att behöva flytta hem till deras mammors källare igen. H2Sol kommer vara så kraftfull att den ska kunna driva både vätgasbilar, och husets elektricitet. H2Sols utomordentliga effektivitet inom att producera vätgas kommer att förvåna dig, och allt detta kan du få för ett lågt pris. H2Sol kommer att drivas av solenergi vilket ska göra produktionen av vätgas simpelt, och mer miljövänligt som alternativ.

H2Sols elektrolys ska placeras på konsumenternas hustak kombinerat med en bränslecell som ska omvandla vätgasen till el som ska driva husets ström. H2Sols elektrolys ska också kunna användas som bränsle till vätgasbilar som konsumenten kan äga.

Om H2Sol blir revolutionär kan hela världen drivas på den här energikällan. En möjlighet med apparaten är att den kan skapa en mer utvecklad/demokratisk/jämställd glob, eftersom de fattigare och outvecklade länder kan förbättra deras länder drastiskt om dom fick tag på den här produkten utan att ta slut på deras ekonomi. En svaghet med apparaten är att vädret kan vara opålitligt, och då måste man som konsument ha mycket mer eget ansvar för att ta hänsyn till vädret. En anpassning till mer förnybar energi kan göra att konsumenten t.ex. måste tänka på när det är soligt, och när det blåser som mest. Ett hot med apparaten är att den kan bli för dyr för massorna på marknaden, på grund av svårigheter i att massproducera och kostnad i att massproducera. Den kan bli för dyr i början för att köpa in vilket kan förhindra min lösning, så kanske måste man värdesätta H2Sol på ett lägre pris än vad man önskar för att man ska skapa större tillgång och efterfrågan. En av apparatens största styrkor är att den inte skulle ge av sig några koldioxidutsläpp, vilket är mycket mer överlägset jämfört med våra vanliga bilar som i standard är fossildrivna bilar.

Varje sekund nås jorden av 10 000 gånger mer solenergi än vad människor använder genom solceller. Vi skulle kunna tänka på att använda oss av alla ytor för att skapa så mycket energi som möjligt. Det skulle kunna motverka att våran energikälla inte är lika kraftfull. Även fast vi i norden inte har lika mycket sol som de i länderna närmare ekvatorn, så har vi mer än vad man tror. Man skulle kunna motverka ett potentiellt strul med förnyelsebara energikällor genom att lägga mer eget ansvar på konsumenterna. Att de får ha koll på när det är soligt. Precis som med solpaneler kan H2Sol bli för dyr för att vanliga svenssons ska kunna köpa den i början, men i senaste tiden har kostnaden på solcellerna sjunkit drastiskt så kanske måste vi vänta tills priset sjunker, eller så kan vi motverka problemet genom att värdesätta H2Sol på ett lägre pris, så att vi kan öka tillgång och efterfrågan.

 

Referenser:

 

 

 

Elektrolys i vattenlösning

 

Enligt (kursnavet.se), så skapas ”en påtvingad redox-reaktion i en elektrolys om energi tillförs. Vid en elektrolys finns två elektroder. Vid den ena elektroden sker en transport av elektroner från elektroden, här sker en oxidation. Denna elektrod kallas anod. Vid den andra elektroden sker en tillförsel av elektroner. Här sker en reduktion. Denna elektrod kallas katod. I en elektrolys i vattenlösning kan också vattenmolekylerna delta i elektrolysen”, (kursnavet.se).

 

I en vattenlösning inom en elektrolys kan väte dras ut från vattnet (reduktion), och syret kan separeras (oxidation) enligt formlerna:
I vattnet kan vätet reduceras från H2O:

2H2O + 2e   H2 + 2 OH

Syret i vatten oxideras för att separera syre från H20:

2H2O O2 + 4 H+ + 4e

 

Vilket kan förenklas genom att förklara att: 2H20 + solenergi = H2 + 02

Biprodukterna är värmeenergi, och vatten som bildas av de oanvändbara ämnena efter oxidationen och reduktionen.

 

Bränslecell

 

Man tillför vätgas (H2), och syrgas (02) till en bränslecell för att skapa el.

I en bränslecell finns en anod och katod sida där ämnena som tillförs oxideras och reduceras. Men bränslecellen innehåller också en membran som gör att elektronerna som skapas efter reaktionerna kan ledas till en separat krets där de kan skapa elektricitet.

 

(Oxidation) Anodreaktion:

2H2 + 4H20  4H30+ + 4e

 

(Reduktion) Katodreaktion:

O2 + 4H30+ + 4e  6H2O

 

Totalreaktion:

2H2 + O2   2H2O

 

Biprodukterna är vatten, och värmeenergi.

 

Referenser:

 

 

Varför våran bränslecell och elektrolys kombination produkt är bättre än konkurrensens

 

H2Sol ska maximera produktionen av el samtidigt som den ska utnyttja biprodukter, och genom dom åter gärden förminska konsumtion av resurser som vatten och solenergi. Min ide är att använda vattnet (H2O), och värmeenergin som inte används för att producera elektricitet inom övriga bränslecellprodukter, så att det inte förblir en biprodukt. Tanken är att fånga upp biprodukterna och använda t.ex. vattnet för att skapa mer vätgas och värmeenergin för att skapa mer el, som kan användas för att skapa mer vätgas istället för bara solenergi. Det kommer göra processen för att skapa vätgas och elektricitet med hjälp av vätgasen ännu mer miljövänligt än det redan är.

De största problemen med produktion och konsumtion av dagens bränsleceller är kostnaden, och föroreningen vid produktion.

Det är en stor begränsning att bränsleceller är så dyra, och dem som är billigare är inte effektiva nog för att driva något större stabilt, och längre. Eftersom att utnyttja vätgas till en användbar form är oerhört svårt så är därmed produkterna väldigt dyra. Vi skulle kunna motverka detta genom att hitta ett billigare sätt att producera våran produkt, H2Sol. Om H2Sol skulle vara den billigaste varan av dess sort på marknaden skulle den kunna nå en mer utbredd andel av befolkningen, vi skulle då också kunna skapa större tillgång och efterfrågan. Problemet är bara att hitta ett nytt, billigare sätt på att producera produkten.

I en artikel på (Teknik.se) förklarar dom om hur dom gjorde vätgasbilar med bränsleceller inuti 90% billigare genom att ”använda material som är enklare att massproducera, och sedan göra hela paketet mer kompakt. Ett av problemen har varit att klara att starta bilen vid frysgrader. Lösningen blev att återföra värme som torkar ut membranen i bränslecellen, och bilen startar nu vid -30°C”, (Teknik.se).

Precis som jag föreslog har dom försökt att återanvända biprodukten värmeenergi som skapas efter reaktionen i bränslecellen, men så att dom istället också göra omvandlingen från vätgas + syre till elektricitet mer effektivt. För att kunna förenkla konstruktionen har dem också kommit på att använda mer massproduktions bara material, vilket gör själva produkten billigare. Jag skulle kunna adoptera dom här lösningarna till H2Sols bränslecell på taket. Man skulle också kunna göra H2Sol återvinningsbar, då skulle man kunna skapa en H2Sol skrot som man skulle kunna ta metall material ifrån från trasiga H2Sol produkter för att skapa nya. Det skulle vara underbart billigt för företaget, och en bra marknadsnisch för att skapa en mer miljövänlig bild av företaget.

 

Även fast koldioxidutsläppen från bränsleceller är 0%, så är utsläppet för koldioxid i allt för höga halter vid bränslecellers produktion. Vilket betyder att de existerande företagen använder icke förnyelsebara energikällor för att driva maskinerna som producerar bränsleceller. För att fortsätta på spåret om en miljövänlig energikälla som alternativ skulle vi kunna förändra det genom att använda förnyelsebara energikällor för att driva maskinerna som ska konstruera.

 

 

De största problemen av dagens elektrolyser är designen av tankarna, och brandfarligheten vid eventuell explosion.

 

Elektrolyser är benägna till att explodera på grund av att utdraget av vätgas från vattnen skapar ett mycket brännbart material. Väte elektrolyser har länge använts för att driva luftskepp, raketer och andra explosiva objekt. Man tänder då vätgasen med en enda gnista, detta gör processen för produktion och lagring av väte mycket farligt. Man skulle kunna lösa problemet genom att skapa bättre isolerade elektrolyser för H2Sol vid konstruktionen för att motverka en eventuell explosion. Det skulle också vara bra att också föra bort värmeenergin som är en biprodukt på grund av den här anledningen, så att man kan förebygga säkerheten. Designen av de nuvarande elektrolys tankarna skapar också en förlust av vätgas med ungefär 2% varje dag på grund av dålig isolering, så bra isolering är på så sätt lösningen på både de här problemen.

 

Produktionen av ström ska förstoras i H2Sol jämfört med konkurrensen, för att få en högre spänning ut av bränslecell delen ska vi kombinera många separata bränsleceller i ett. En bränslecell producerar ungefär 0,7 volt, så för att skapa en starkare produkt kan vi kan skapa en ”Stack” av bränsleceller, fst fortfarande behålla utrymmet av H2O relativt litet.

 

 

 

Referenser:

 

 

 

 

 

 

 

 

(Historia om bränslecell teknik, och nuvarande teknik)?

Det är välkänt att det redan finns folk som säljer bränsleceller till t.ex. båtar som en motor, och bränslecellen fungerar som en motor. Det finns folk som försöker att lansera vätgasstationer för vätgasbilar som går på bränsleceller. När jag fick iden om att skapa den här produkten (H2Sol) var jag omedveten om att marknaden av bränsleceller var så stor jämfört med min förväntan.

Men jag har redan förklarat hur våran produkt är överlägsen, så nu ska jag presentera lite historia och bakgrund om bränsleceller.

En brittisk vetenskapsman vid namnet William Robert Grove uppfann den första bränslecellen år 1839. På 1800-talet då den industriella revolutionen pågick i England började elektriciteten att behövas i allt fler områden. Tekniken bakom elektrolysen blev känt ett antal år tidigare, och Grove tog sig inspiration ifrån elektrolysen för att uppfinna bränslecellen, hans stora fundering i livet var om det skulle vara möjligt att använda elektrolysen tvärtom. Uppfinningen var inte lyckad, eftersom bränslecellen inte gav ut tillräckligt med elektricitet, så Grove övergav projektet.

 

Under kalla kriget och rymdkapplöpningen återupptogs utvecklingen av bränslecellen för att kunna ge energi åt rymdfarkoster. Den ända biprodukten av bränsleceller är vatten, så det användes för att ge vatten till astronauterna. Bränslecellen användes också för att driva rymdfarkosternas datorer i NASA:s Apollo program.

 

Nuförtiden är bränsleceller en del av lösningen för ett förminskat koldioxidutsläpp, eftersom vi är under den globala uppvärmningen som ska vara påverkat av koldioxidutsläpp och det mesta av koldioxidutsläppen ska vara ifrån bilar. Bränsleceller används i vätgasbilar, och utvecklas i nutiden för att bli snabbare, effektivare, och billigare.

Enligt (NyTeknik.se) finns det nu forskning om hur nanoteknik kan göra vätgasbilar billigare. En anledning till att tekniken är så dyr är att det används platina i katalysatorn i bränslecellsstackarna. Men ny så har olika forskare försökt ersätta platina i hoppet att göra vätgasbilar konkurrenskraftiga, och för att kunna ersätta fossila bränslen och även vara ett komplement till batteridrivna bilar (nyteknik.se).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hur är produkten konstruerad, (Ritningar)

H2Sol ska vara konstruerad så att det finns solceller för att skapa el för en separat del där det innehåller en elektrolys som kan bidra med vätgas och syre (vätgasen ska kunna extraheras från elektrolysdelen för att användas av vätgasbilar), och sedan ska det finnas en till del av H2Sol som ska innehålla bränsleceller som ska skapa ström för hela huset som apparaten ska vara ihop satt med.

Solcellen i sig är gjord av ett härdat glas som innehåller mycket järn och en kiselplatta som frigör positiva och negativa protoner (skapar elektricitet), och sedan ett platt lager under det härdade glaset som är gjort av metall vilket avleder bort värme. Och runt kanterna finns det aluminium för att göra den extra tät mot värme och hålla inne energin.

Själva boxen är gjord av rostfritt-stål och härdat glas för att försäkra sig om att det inte rostar eller går sönder (att glaset splittras i stora skärvor). De elektriska ledarna som leder strömmen från solcellen är gjord av kisel-koppar och går rakt ner i vattnet för att därifrån värma upp vattnet och urskilja syret från vätet. Vätgasen förs sedan med hjälp av ett rör gjort av aluminium till litiumbatteriet. I batteriet skapas sedan elen genom förbränning av vätgasen.

 

 

Elektrolys ritning:

Bränslecell ritning:

Simpel ritning av H2Sol:

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *