ERAfrica: ADVANCED HYDROGEN ENERGY SYSTEMS

Prosjektet ADVANCED HYDROGEN ENERGY SYSTEMS (2014-2018) bidrar til fremgang i det overordnede temaet «Fornybare Energier» og sikter på utvikling av avanserte, solenergiintegrerte, og høyeffektive hydrogenlagringssystemer. En konvertering av fornybar solenergi til to komplementære energibærere, først til elektrisitet og deretter til hydrogen, utgjør til sammen et bærekraftig nullutslippssystem. Prosjektet var et nært samarbeid mellom Institutt for Energiteknikk, Norge (IFE); HYSTORSYS AS, Norge (HSS); Prototech AS, Norge (PRO); University of the Western Cape, Sør-Afrika (UWC); Middle East Technical University, Tyrkia (METU); og Cairo University, Egypt(CU). Partnerne møttes under tre seminarer holdt ved IFE (ett) og UWC (to). I arbeidet ble det utviklet innovative løsninger for å øke effektiviteten i energilagring og -produksjon. Du utviklede systemene demonstrerte høy ytelse, og baserer seg på: - Et konsept for kombinert system for energiproduksjon, kjøling og oppvarming med solenergi som primærkilde, basert på en reversibel «solid oxide» brenselcelle (SOFC) og metallhydrider (MH) har blitt utviklet. Systemet bruker et «høytemperatur» MH for lagring av både hydrogen og varme, i tillegg til effektiv varmestyring som gir mulighet for varmtvannsforsyning, oppvarming av bolig på vinterstid, og luftkondisjonering og nedkjøling om sommeren. Dette konseptet ble validert gjennom datamodellering og optimalisering av ytelsen til systemet. - Avanserte faststoff-lagringssystem for hydrogen har blitt utviklet, og ble vist å gi lagring med høy effektivitet (både per masse og per volum). Disse systemene er basert på kompositter produsert ved hjelp av reaktiv kulemølling, og inneholder optimaliserte forhold av de kostnadseffektive komponentene magnesiumhydrid, titanhydrid, og grafitt. De resulterende materialene har høy syklingsstabilitet og kan bli brukt over lang tid i høy temperatur. - I SOFC-delen av arbeidet ble det utviklet robuste elektroder og celledesign. - Høye arbeidstemperaturer (500-700 °C) gjorde det også nødvendig å utvikle termisk integrering mellom hydrogenlagringssystem og SOFC for å øke varmeoverføringen, noe som ble oppnådd ved å bruke en varmeveksler basert på flytende natrium. Arbeidet nådde målet om å bygge et hydrogenlagringssystem med reversibel lagringskapasitet på 100-150 gH/L, med integrert SOFC. Systemet ble produsert og gjennomgikk vellykket testet hos en av prosjektpartnerne ? UWC. Arbeidet resulterte i publikasjon av 9 artikler i «high impact» vitenskapelige tidsskrifter, og en rekke presentasjoner på internasjonale konferanser. Internasjonalt samarbeid har latt arbeidet komme over kritisk masse for vellykket forskning via felles innsats fra deltagere med komplementær vitenskapelig erfaring. Arbeidet økte også kompetansen i feltet ved å bidra til utviklingen og utdanningen til unge forskere i de samarbeidende miljøene. En forsker/doktorgradsstipendiat, Jonathan Teik Ean GOH, har blitt veiledet av Dr. M. V. Lototskyy og Prof. V. A. Yartys, og forsvarte sin avhandling ved UWC i 2018.

The HENERGY proposal contributes to the thematic field "Renewable Energies" and targets development of the advanced, integrated with renewables, high efficiency hydrogen energy systems. Their advanced performance will be achieved by: -development of uniti sed reversible Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) / Solid Oxide Electrolyser Cells (SOEC); -high reversible gravimetric and volumetric efficiency of the H storage systems; -thermal integration of hydrogen store and SOFC, SOEC and evaporator for the SOEC steam electrolyser; -modelling and optimisation of the system performance. Hydrogen stores will accommodate nanocomposites of the hydrides having large reversible H storage capacities of 4-7 wt. % H / 100-150 gH/L. Advanced performance of the H storage and supp ly system will be achieved by utilising composites of (Ti,V)H2 and catalysed MgH2 with nanocarbon decomposing from 300 to 550 °C. SOFC development will focus on the development of robust electrodes and stack design, as well as thermal integration. Mo delling efforts will focus on prediction of transient heat and mass transfer and the dynamic response of the hydride bed. Anticipated advantages include: -High energy density / high power energy systems utilising low cost hydrogen gas; -Significantly im proved energy efficiency; -Ability to finely tune the operating temperatures; -Easy start-up of the SOFC, when initial heating is provided by highly-exothermic H2 absorption in the titanium/magnesium nanocomposite. The work is collaboration between Inst itute for Energy Technology, Norway (IFE); HYSTORSYS AS, Norway (HSS); Prototech AS, Norway (PRO); University of the Western Cape, South Africa (UWC), Middle East Technical University, Turkey (METU), and Cairo University, Egypt(CU). The work will reinfor ce competences in the field by educating young researchers via collaboration. International collaboration will allow reaching a critical mass of research through joint efforts of complementary scientific expertise.