aalto1 untyped-item.component.html
Designing and building a modular single cell solid oxide test bench
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
Master's thesis
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Language
en
Pages
76
Series
Abstract
Hydrogen has been a common industrial feedstock for the better part of a century. But, the current method of hydrogen production, steam methane reforming, generates significant amounts of carbon dioxide as a byproduct. To comply with the United Nations’ plan to reduce the global carbon emissions to net-zero by 2050, alternative methods for hydrogen production must be researched and developed. This has led organisations such as the European Union to implement policies that incentivise the use of green hydrogen in different applications and support projects aimed at reducing the cost of hydrogen production through electrolysis. As a result, interest in testing and developing electrolyser technologies, such as solid oxide cells, has increased among various companies.
The objective of this thesis is to design and build a new single cell solid oxide test bench to meet the hydrogen laboratory’s increasing demand for testing capacity. A modular design was chosen, allowing the laboratory to increase its testing capacity as required. The design process was carried out in three phases, with each phase adding more detail to the design concept. The key documents that were created include the piping and instrumentation diagram, and the 3D models. These documents served as the basis for procuring all necessary components for the test bench. They will also be used as instructions when the construction of the test bench begins. The design was determined to be safe in accordance with the Pressure Equipment Directive, ATEX zone classifications, and a Hazard and Operability study, provided that the findings of these assessments are followed.
Due to unforeseen delivery issues, the planned validation of the new test equipment and the construction of the test bench could not be completed within the timeframe of this thesis. Once all pending deliveries have arrived, the remaining phases can be completed. These phases include building the test bench, validating the test equipment, and implementing the automation system. Upon completion, the laboratory will have a fully functional single cell solid oxide test bench, which testing capacity can be increased if needed. It is recommended to thoroughly study the test equipment and its components prior to expanding testing capacity.
Vätgas har varit ett vanligt förekommande industriellt råmaterial i nästan ett århundrade. Men, den nuvarande metoden för vätgasproduktion, ångreformering, genererar betydande mängder koldioxid som biprodukt. För att uppfylla FN:s mål om att minska de globala koldioxidutsläppen till nettonoll senast år 2050 krävs utveckling av alternativa metoder för vätgasproduktion. Detta har lett till att organisationer såsom Europeiska unionen har infört policys som främjar användningen av grön vätgas i olika tillämpningar och stöder projekt vars mål är att minska kostnaden för elektrolytisk framställning av vätgas. Som ett resultat har intresset för att testa och utveckla elektrolystekniker, såsom fastoxidceller, ökat bland olika aktörer.
Målet med detta examensarbete är att designa och konstruera en ny testbänk för enskilda fastoxidceller för att möta laboratoriets behov av ökad testkapacitet. En modulär design valdes för att kunna öka testkapaciteten vid behov. Designprocessen utfördes i tre faser, där varje fas tillförde ytterligare detaljer till designkonceptet. De viktigaste dokumenten som skapades var process- och instrumentdiagrammet, samt 3D-modeller. Dessa dokument användes som underlag vid införskaffning av komponenter till testbänken, och kommer även att användas som instruktioner under konstruktionsfasen. Designen bedömdes vara säker enligt tryckkärlsdirektivet, ATEX-zonklassificering samt en risk- och säkerhetsanalys (HAZOP), förutsatt att rekommendationerna från dessa bedömningar följs.
På grund av oförutsedda leveransproblem kunde den planerade valideringen av den nya testutrustningen och konstruerandet av testbänken inte färdigställas inom examensarbetets tidsram. När samtliga leveranser har anlänt kan de återstående faserna slutföras. Dessa faser omfattar uppbyggnad av testbänken, validering av testutrustningen och implementering av automationssystemet. Efter färdigställandet kommer laboratoriet att ha en fullt fungerande testbänk för enskilda fastoxidceller, med möjlighet till utökad testkapacitet vid behov. Det rekommenderas att testutrustningen och dess komponenter studeras noggrant innan testkapaciteten utökas.
Description
Supervisor
Himanen, OlliThesis advisor
Hopsu, JeremiasMäkinen, Pyry