Um quarteirão da cidade construído com energia renovável abre em Esslingen, Alemanha

Cummins electrolyzers power climate-neutral urban district

Em todo o mundo estão renomados bairros urbanos-cidades dentro de cidades que capturam os corações dos viajantes com sua rica história e arquitetura. Nova Orleans tem o histórico French Quarter, Cuba tem nova Havana e agora a Esslingen, na Alemanha, tem o primeiro bairro urbano em grande parte neutro em termos climáticos com motor da Cummins eletryzers.

Este bairro urbano é considerado um projeto de "Farol", um projeto de pequena escala, mas de grande imagem que servirá como modelo-ou farol-para projetos similares no futuro. Desenvolvido por cientistas em Esslingen e Stuttgart e financiado pelo Ministério Federal da economia e da tecnologia da Alemanha e pelo Ministério Federal de educação e pesquisa, este projeto Lighthouse combina a tecnologia de hidrogênio e a energia fotovoltaica para criar um centro de energia que conecta totalmente todos os aspectos da infraestrutura com a vida cotidiana urbana.

Chamado Neue Weststadt (que se traduz em New West Town), o trimestre recém-inaugurado abrange 100, 000 metros quadrados com mais de 450 apartamentos, edifícios de escritórios e espaço comercial. Um bairro da cidade deste calibre nunca foi tentado antes e é um marco histórico para uma vida neutra em termos climáticos. Foram três anos na tomada de transformação de um antigo estaleiro de frete no futuro projeto para centros urbanos de emissões quase zero.

Para tornar possível a nova Weststadt e a neutralidade do clima, o trimestre precisava integrar a tecnologia de hidrogênio solar para uso no desenvolvimento urbano para alcançar um suprimento de energia que deve causar zero emissões que prejudicam o clima e reduzir o consumo de energia sem reduzir o conforto de vida.

Lifting the Cummins HySTAT® 100-10 into the underground energy center
Levantamento do Cummins HySTAT® 100-10 no centro de energia subterrânea | © Hidrogênio verde Esslingen GmbH

Energizando o coração de Esslingen

A energia fotovoltaica (PV) é a raiz do suprimento de energia renovável do trimestre. Os sistemas PV são compostos de um ou mais painéis solares combinados com um inversor e um hardware elétrico e mecânico adicional para aproveitar a energia do sol para gerar eletricidade. Esses painéis estão posicionados nos telhados dos edifícios em Nova Weststadt e funcionarão em conjunto com o coração do centro de energia do trimestre-os eletrízers da Cummins.

Encomendado em maio, essa instalação de nossos eletrízers foi única desde o início. O HySTAT® 100-10 é tipicamente usado para projetos de eletryzer indoor, mas para New Weststadt, nós instalamos os dois sistemas de eletryzer no porão inferior do centro de energia. Isso exigiu elementos de projeto exclusivos para zoneamento de hidrogênio, acesso ao porão e instalação da linha de respiro fora do porão para atender aos padrões de segurança. A Cummins se adaptou a esses desafios e foi capaz de instalar os sistemas de eletryzer no porão antes do fechamento do telhado do porão.

Cummins electrolyzer stack
Pilha de eletrizer da Cummins | © Maximilian Kamps, agência Blumberg GmbH

O Energy Center está localizado no meio da nova Weststadt e foi construído como uma estrutura subterrânea para atender aos requisitos de planejamento urbano. Os dois eletrízers HySTAT® 100-10 têm utilidades em patins separados (ar de instrumento, osmose reversa). Eles são integrados com o gerenciamento de calor para recuperar o excesso de calor do processo de eletrólise e com o gerenciamento elétrico para regular a produção do H2 da energia fotovoltaica.

Tomando o excedente de energia renovável dos sistemas PV e da geração supra regional, os eletrízers criarão hidrogênio verde por meio de eletrólise. O excesso de calor gerado pelo processo de eletrólise é capturado e recolocado no fornecimento de energia, enquanto o verde H2 é armazenado para uso posterior de acordo com as demandas de energia do trimestre.

Conexão de energia, calor, resfriamento e mobilidade

A conexão do trimestre com o setor de eletricidade, aquecimento, resfriamento e mobilidade é toda combinada em nível local. A infraestrutura cruzada cobre a demanda de aquecimento e água quente nos edifícios e fornece energia de resfriamento no verão por meio de sistemas de resfriamento de absorção.

A energia armazenada do processo de eletrólise pode ser convertida de forma rápida e fácil na eletricidade em usinas de calor e energia combinadas. O hidrogênio produzido também será alimentado na rede de gás natural do trimestre para contribuir para a descarbonização do setor de gás. Há também planos futuros para construir uma estação de enchimento H2 e uma estação de alimentação elétrica no local.

O fornecimento de energia vinculado é importante para o desenvolvimento urbano sustentável e de longo prazo. Este distrito climático está projetado para produzir 85 toneladas de hidrogênio por ano. Uma parte desse hidrogênio será armazenada para uso como potência para o trimestre, enquanto o restante será carregado em reboques de hidrogênio e transportado para clientes no setor de transporte industrial ou público na Alemanha.

Todos os aspectos deste bairro urbano praticamente neutro em termos de clima foram projetados para funcionar como um sistema holístico através do Energy Center e monitorado usando uma rede de informações digitais e um sistema de gestão de energia (EMS). O EMS destina-se a aumentar a autosprovisão de energias renováveis localizadas, ao mesmo tempo em que interage com a rede elétrica do trimestre de forma energeticamente eficiente e minimiza as emissões de CO2.

Um projeto para o futuro da vida neutra em termos climáticos

O primeiro dos edifícios de apartamentos foi concluído dois anos antes da inauguração oficial de Neue Weststadt, e os moradores já começaram a viver em suas novas casas, com clima neutro.

O transporte público local está sendo redesenhado para substituir os ônibus diesel existentes por ônibus híbridos elétricos, uma ampla gama de estações de carregamento públicas e semipúblicas para veículos elétricos está sendo instalada e estão sendo feitos preparativos para uma segunda expansão para construir uma estação de enchimento H2.

An aerial view shows the photovoltaics installed on the rooftops of Neue Weststadt buildings | Nw_Luftbild_Innenhof-Bela
Uma visão aérea mostra a energia fotovoltaica instalada nos telhados dos edifícios Neue Weststadt | © Maximilian Kamps, agência Blumberg GmbH

O projeto Klimaquartier Neue Weststadt desenvolveu-se em um bairro urbano verdadeiramente único e agora é um farol e um modelo para futuros bairros urbanos neutros em termos climáticos. A abertura oficial em 22 de junho foi apenas o início, e estamos empolgados para ver como uma comunidade construída com base em energias renováveis influenciará, sem dúvida, o futuro da vida neutra em termos climáticos.

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Katherine de guia

Especialista em comunicações-nova potência

Presidente da Cummins New Power enfatiza a descarbonização agora no New York Times Climate Hub.

Cummins New Power President emphasizes decarbonizing now at The New York Times Climate Hub

Amy Davis, vice-presidente e presidente de nova potência, pintou um quadro de um setor de transporte descarbonizado com a ajuda de ambas as soluções elétricas a bateria e movidos a hidrogênio no The New York Times Climate Hub em Glasgow, na Escócia, no início deste mês. E enquanto o debate entre várias soluções de carbono baixo e zero continua em todo o mundo, ela pediu aos governos e corporações que começem a fazer algo agora-porque o carbono que você coloca hoje, amanhã e na próxima semana não pode ser retirado de volta.

A Cummins tem mais de 100 anos de idade e estamos alimentando todos os tipos de aplicações comerciais. Uma das coisas que sabemos é que [o transporte] é muito diverso e acreditamos que não será preciso apenas uma solução [para descarbonizá-la]. "-Amy Davis, presidente da New Power

Em paralelo com a 2021 Conferência das Nações Unidas sobre mudanças climáticas, COP26, o Climate Hub sediou seu programa no fórum. Ao longo de nove dias, pessoas de todo o mundo sintonizaram 45 discussões, debates e workshops ao vivo que abordaram a crescente ameaça das mudanças climáticas e que medidas podem ser tomadas para pará-la.

A presença de Davis no fórum foi apenas um dos inúmeros compromissos e iniciativas que ocorreram em Glasgow naquela semana. O Presidente e CEO da Cummins, Tom Linebarger, também participou do COP26, encontrando-se com governos, líderes do setor e mídia para defender a mudança dos combustíveis fósseis para soluções de baixa e sem carbono e demonstrar como a Cummins fará parte da transição de energia.

Nos dias que levaram ao COP26 e ao fórum, a Cummins foi aceita em dois grupos influentes defendendo a ação climática .

O consenso entre as conversas era que o movimento em direção a um mundo livre de carbono é essencial-mas é mais fácil dizer do que fazer? Como fazer a descarbonização acontecer? Como se parece a descarbonização?

Durante o painel de transporte e mobilidade tempo e espaço: movendo pessoas e mercadorias em um mundo livre de carbono , Davis participou ao lado de Avinash Rugoobur, presidente da chegada; Laura Lane, diretora de assuntos corporativos da UPS; e Peter vanacker, presidente e CEO da neste-todas as empresas de transporte e tecnologia que movem o setor em direção a um futuro mais limpo e verde.

Assista à discussão completa abaixo enquanto o repórter do clima do New York Times e o moderador do painel Brad Plumer abrem a palavra a Davis para discutir por que a Cummins está se aproximando da descarbonização além da apenas eletrificação, como os desafios de infraestrutura influenciaram o hidrogênio na mobilidade e como os períodos transitórios levam à inovação em soluções aftermarket.

Assista ao painel completo:

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A Cummins é líder mundial em energia que projeta, fabrica, vende e comercializa motores diesel e de combustível alternativo de 2,8 a 95 litros, grupos geradores elétricos movidos a diesel e alternativos de 2,5 a 3, 500 kW, bem como componentes e tecnologia relacionados. A Cummins atende a seus clientes por meio de sua rede de 600 instalações de distribuidores independentes e de propriedade da empresa e mais de 7, 200 locais de revendedores em mais de 190 países e territórios.

O que é uma célula de combustível?

Fuel cells are a key technology to unlocking our carbon-neutral future

As células de combustível não são novas. De fato, a primeira referência a células de combustível de hidrogênio aparece em 1838 na edição de dezembro da a revista filosófica London and Edinburgh e Journal of Science . Quase 200 anos depois, o mundo está reconhecendo as células de combustível como uma tecnologia chave para desbloquear um futuro neutro em carbono.

Veja o que eles são, como funcionam e dois tipos de célula de combustível em que a Cummins está investindo.

O que é uma célula de combustível em termos simples?

Assim como as baterias, as células de combustível são conversores de energia-eles usam uma reação eletroquímica para tomar a energia química armazenada em uma fonte de combustível e convertê-la em eletricidade. Ao contrário das baterias, que contêm um suprimento fixo de energia, as células de combustível não exigem recarga. Desde que o combustível seja continuamente fornecido à célula de combustível, a eletricidade, a água e o calor serão produzidos.

Como funciona uma célula de combustível?

Uma célula de combustível é composta de dois eletrodos e uma membrana de eletrólitos. Os eletrodos são chamados de cátodo e anodo, e fazem o sanduíche da membrana de eletrólitos entre eles. Dentro desse sistema, uma série de reações químicas ocorre para separar os elétrons das moléculas de combustível para criar energia.

O combustível, tipicamente hidrogênio, é alimentado no ânodo de um lado, enquanto o oxigênio é alimentado no cátodo do outro. No anode, as moléculas de combustível de hidrogênio são separadas em prótons e elétrons que viajarão por caminhos diferentes em direção ao cátodo. Os elétrons atravessam o circuito elétrico, criando o fluxo de eletricidade. Os prótons viajam através do eletrólito para o cáodo. Uma vez no cátodo, as moléculas de oxigênio reagem com os elétrons e com os prótons para criar moléculas de água.

Uma célula de combustível é uma fonte de energia limpa, com os únicos subprodutos sendo eletricidade (potência), calor e água. Só uma única célula de combustível produz alguns watts de potência; Portanto, várias células de combustível podem ser empilhadas juntas para criar uma pilha de célula de combustível. Quando combinadas em pilhas, a saída de células de combustível pode variar muito, a partir de apenas alguns quilowatts de potência para instalações de vários megawatt.

Quais combustíveis podem ser usados em células de combustível?

As células de combustível oferecem flexibilidade no tipo de combustível que pode ser usado. Embora o hidrogênio seja a fonte de combustível mais comum para as células de combustível (daí o nome comum, as células a combustível de hidrogênio), os combustíveis ricos em hidrogênio, como o gás natural e a amônia, também são fontes de combustível viáveis.

hidrogênio: Quando produzido usando eletricidade renovável – como solar, eólica e hidroelétrica – o hidrogênio é completamente descarbonizado e produz emissões zero. As células de combustível de hidrogênio (ou seja, células de combustível alimentadas por hidrogênio) produzem energia, calor e água e não liberam dióxido de carbono ou outros poluentes no ar.

gás natural: À medida que a produção generalizada de hidrogênio verde ainda está em andamento, o gás natural é atualmente o combustível mais usado para células de combustível de alimentação elétrica. Nesse caso, as células de combustível não são totalmente livres de emissões, mas oferecem emissões significativamente mais baixas que outros combustíveis, como petróleo e carvão.

amônia: A amônia é mais usada na agricultura como fertilizante. No entanto, nos últimos anos, várias empresas têm trabalhado para desenvolver de amônia verde. A amônia verde é feita com hidrogênio que vem da eletrólise da água com energia alternativa, tornando-se outra opção para um combustível com baixo teor de carbono.

Quais tipos de células de combustível a Cummins está investindo?

Existem seis tipos de células de combustível que estão em desenvolvimento, cada uma classificada principalmente pelo tipo de eletrólitos que empregam. Cada tipo de célula de combustível tem suas próprias vantagens, limitações e aplicações potenciais. Dos seis, a Cummins reconheceu o potencial em dois tipos de células de combustível-células de combustível de membrana de troca de prótons e células de combustível de óxido sólido -e investiu no avanço de suas tecnologias e em sua aplicação.

células de combustível Proton Exchange (PEM): Também chamada de células de combustível de eletrólitos de polímero, este tipo de célula de combustível usa um eletrólito de polímero e opera a temperaturas mais baixas em torno de 80 graus Celsius. As células de combustível PEM são mais adequadas para aplicações de energia móvel e de back-up devido à sua alta densidade de potência e aos seus recursos de partida rápida.

células de combustível de óxido sólido (SOFCs): Os SOFCs usam um composto cerâmico rígido e não poroso como seu eletrólito e operam a altas temperaturas, tão altas quanto 1, 000 graus Celsius. Este tipo de célula de combustível é mais adequado para aplicações estacionárias porque é altamente eficiente e flexível em termos de combustível. Além disso, o calor do desperdício pode ser aproveitado e reutilizado para aumentar a eficiência geral do sistema.

Por que investir em células de combustível?

Já líderes em eletrízers PEM que produzem hidrogênio verde por meio de eletrólise, estamos trabalhando para tornar o hidrogênio verde mais prontamente disponível para uso futuro em células de combustível. A Cummins foi premiada com um subsídio do departamento de energia dos EUA para o avanço da SOFCs e viu nossas células de combustível apoiarem com sucesso a operação de veículos elétricos de bateria.

As células de combustível podem preceir o início da Cummins, mas não estamos perdendo tempo descobrindo como avançar sua tecnologia para criar um futuro com emissões zero.

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Estudo de caso em vídeo: Cummins HyLYZER® PEM electrolyzer em Bécancour, Quebec

O Cummins HyLYZER em Bécancour, Quebec, Canadá, é o maior eletryzer membrana de troca de prótons (PEM) em operação no mundo. Um novo estudo de caso de vídeo destaca os recursos inovadores de produção de hidrogênio verde da instalação, tornando-o um farol para um futuro com zero carbono.

Veja abaixo:

Encomendado em Janeiro e instalado nas instalações de produção de hidrogênio da Air Liquide em Quebec, este sistema de eletryzer de 20 MW apresenta tecnologia líder do setor, incluindo quatro patins de eletryzer compactos e pressurizados equipados dentro do edifício existente. Os sistemas são modulares e escaláveis, perfeitos para aplicações de serviços públicos de grande escala.

Por meio de uma rampa em fases, o sistema HyLYZER da Cummins está agora em plena operação e pode produzir até 8,2 toneladas de hidrogênio com baixo teor de carbono por dia – ou quase 3, 000 toneladas de hidrogênio por ano. É alimentado pela rede elétrica da região, que é amplamente fornecida por energia hidrelétrica renovável. Isso significa que o hidrogênio produzido na fábrica é "verde" e quase totalmente livre de carbono.

Por meio desta produção de hidrogênio verde, a instalação está impedindo aproximadamente 27, 000 toneladas de emissões CO2 por ano. Isso equivale a levar 10, 000 carros movidos a fósseis para fora da estrada.

Desde o seu comissionamento, o sistema em Bécancour aumentou a capacidade de produção de hidrogênio da Air Liquide em 50%, permitindo que eles respondessem à demanda crescente por combustível de baixo carbono no mercado norte-americano para fins industriais e de mobilidade.

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