در این تحقیق ریفرمینگ خود گرمازای متان جهت تولید گاز سنتز از دو منظر ترمودینامیک و سینتیک مدل سازی شده است. ریفرمینگ خودگرمازا در واقع ترکیبی از دو نوع ریفرمینگ اکسایش جزئی غیر کاتالیستی و ریفرمینگ بخار آب آدیاباتیک می باشد. تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی atr بر اساس روش حداقل سازی انرژی آزاد گیبس، صورت گرفته است. تاثیر نسبت های بخار آب، دی اکسید کربن و اکسیژن به متان خوراک بر نسبت هیدروژن به منوکسید کربن در گاز سنتز و جزء مولی اجزاء مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تأثیر دما و فشار بر نسبت هیدروژن به منوکسید کربن و احتمال تشکیل کک از لحاظ ترمودینامیکی با کمک این مدل انجام شده است. صحت پیش بینی مدل ترمودینامیکی از مقایسه با نتایج موجود در منابع رضایت بخش بوده است. برای مدل سازی سینتیکی بخش اکسایش جزئی و ریفرمینگ بخار آب در بستر کاتالیستی از دو مدل مجزا استفاده شده است. برای بخش اکسایش جزیی از مدل سینتیکی یک بعدی و برای شبیه سازی فرایند تبدیل در بخش بستر کاتالیستی، یک مدل ریاضی یک بعدی توسعه داده شده که تمام جوانب مربوط به سینتیک شیمیایی و پدیده های انتقال جرم و حرارت را پوشش می دهد. نتایج حاصل از مدل های سینتیکی در دو بخش به صورت نیم رخ های دما و غلظت اجزاء در طول راکتور ارائه گردیده اند که تطابق خوبی با نتایج ارائه شده داشته است. در انتها، جهت مدل سازی یکپارچه راکتور atr، دو مدل ریاضی در هم ادغام و نتایج حاصل با نتایج تجربی ارائه شده مقایسه شده است. روند پیش بینی نتایج مدل با واحد پایلوت، بسیار مطلوب بوده اند.

پیل های سوختی پلیمری جامد توجه بسیار زیادی را به خود جلب کرده اند. مهمترین مشخصه این نوع از پیل های سوختی عملیات آنها در کمترین آلودگی کمترین مسایل خوردگی بازدهی بالا قابل استفاده بودن حرارت تولیدی قابلیت اعتماد و پایداری زیاد و دمای پایین راه اندازی می باشد. بنابراین انتظار می رود که سیستم های مجموعه پیل سوختی نقش قابل توجهی در تولید قدرت غیرمتمرکز ایفا نمایند. لذا اهمیت استفاده از سیستم های مجموعه پیل سوختی برای کاربردهای متحرک وسایل نقلیه تولید همزمان برق در ساختمان منابع قدرت وقفه ناپذیر و قدرت غیرمتمرکز رو به افزایش می باشد. در پژوهش جاری با توجه به اهمیت موضوع به بررسی رفتار ولتاژ - جریان در هر دو حالت پایا و گذرا طی یک فرایند مدلسازی پرداخته شده است. هدف از انجام مدلسازی بررسی نحوه عملکرد پیل سوختی pem در شرایط عملیاتی مختلف در حالت پایا و همچنین بررسی عملکرد پیل در برابر تغییر ناگهانی باز یعنی در حالت دینامیک میباشد.

لایه های نفوذ گازی نقش بسیار کلیدی را در بهبود عملکرد پیل سوختی ایفا می کنند. و بر اساس سه مفهوم هدایت الکتریکی بالاتر، مدیریت آب بهتر و عبور پذیری گاز بالاتر طراحی می شوند. ورقه های کربنی، پارچه های کربونی و فلزات سنتر شده به طور گسترده به عنوان لایه ن=فوذ گازی مورد استفاده قرار می گیرند. اما استفاده از نانو مواد شامل فیبرهای نانو کربنی و نانو لوله های کربنی موجب کاهش مقاومت تماسی، بهبود توزیع گاز و مدیریت آب بهتر می گردد. لذا در این تحقیق، این امر بصورت آزمایشگاهی مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته است. لایه های نفوذ گاز با استفاده از مخلوط نانولوله کربنی و کربن بلک و با نسبت های وزنی متفاوتی از ptfe اصلاح شده و در یک پیل سوختی منفرد آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی خواص آب گریزی سطوح، آنالیز زاویه تماس روی نمونه ها با مقادیر متفاوت از ptfe انجام شد. به منظور مقایسه و بررسی نوع روش پوشش دهی میکرو لایه بر روی ورقه کربنی، لایه های نفوذ گازی به دو روش میکرو اسپری و پوشش دهی چرخان آماده و آنالیز توزیع اندازه حفرات بر روی آن ها انجام شد. تصویر میکروسکوپ الکترونی لایه های نفوذ گاز اصلاح شده، الگوی توزیع یکنواخت و بدون شکاف از پودرهای کربونی میکرو لایه متخلخل را نشان داد. در نهایت، از لایه نفوذ گازی با مخلوط 50 % وزنی کربن بلک و 50 % وزنی لوله کربنی و 30 درصد وزنی ptfe با بارگذاری ------ 3 در ساخت مجموعه الکترود-غشا (mea) پیل سوختی استفاده شده و سپس در پیل سوختی آزمایشگاهی مورد آزمایش قرار گرفت. عملکرد پیل سوختی بر اساس منحنی پلاریزاسیون با لایه نفوذ گازی اصلاح شده بهتر از حالت اصلاح نشده بود.

امروزه سوخت های زیستی و از جمله بیودیزل . به دلیل محدودیت منابع فسیلی و همچنین افزایش روز افزون قیمت آن ها، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند، از بین تمامی روش های تولید بیودیزل، واکنش ترانس استریفیکاسیون ( ترانس استری شدن). کلیدی ترین روش می باشد. بیودیزل از طریق واکنش ترانس استری شدن روغن یا چربی با الکل منوهایدریک در حضور کاتالیست تولید می شود و محصول واکنش ترکیبی از استرهای متیل و کلیسرین است که به عنوان بیودیزل شناخته می شود و گلیسرین به عنوان محصول جانبی این واکنش ارزش بالایی دارد. روغن کرچک به دلیل خواص روان کنندگی آن و همچنین استفاده کمتر به عنوان ماده ی غذایی، از بین منابع گیاهی مختلف گزینه مناسبی در تولید بیودیزل می باشد. پارامترهای موثر بر واکنش ترانس استری شدن شامل نوع کاتالیست، غلظت کاتالیست دما، سرعت همزدن و نسبت مولاری الکل به روغن می باشد. با آنالیز gc بر روی نتایج حاصل از آزمایشات به عمل آمده، کاتالیست متوکسید پتاسیم با بالاترین بهره واکنش، انتخاب گردید. برای بهینه سازی سایر پارامترهای سینتیکی با انجام آزمایشات از روش طراحی تاگوچی، دما و سرعت همزدن بهینه گردیده است که به ترتیب مقادیر 65 c (دمای بازریزش متانول) و 400 rpm، بدست آمده است. برای غلظت کاتالیست و نسبت مولاری الکل به روغن، روش طراحی تاگوچی مقادیر افزایشی را نشان می دهد و لذا مقدار بهینه بایستی موارد فرآیندی و اقتصادی را لحاظ نمود. در ادامه بررسی سینتیکی تولید بیودیزل در شرایط بهینه با نمونه گیری در بازه های زمانی مختلف انجام شده است. آنالیز کیفی gc بر روی نمونه های گرفته شده. نشان دهنده روند پیشرفت واکنش تولیدی بیودیزل در بازه زمانی 120 دقیقه می باشد. همچنین، بر روی نمونه ها از طریق آنالیز کمی gc ، میزان تبدیل واکنش با زمان تعیین گردید. با فرض درجه دوم بودن واکنش و مطابقت با داده های تجربی، مقدار ثابت سرعت برابر با 0/4447 lit.mol-1. min-1 در شرایط مورد نظر بدست آمده است. در نهایت، مشخصات بیودیزل تولید در شرایط بهینه شامل ویسکوزیته، دانسیته و ضریب شکست، اندازه گیری شده است که به ترتیب مقادیر آن عبارتند از: 20 m pa.s ، 0/922 gr/cm ، 46/1 . عدد ستان بیودیزل تولید بر اساس استاندارد astmd 976-91 محاسبه گردید که مقدار آن 1/37 برآورد شده است. مقدار مورد نظر در مقایسه با مقادیر عدد ستان سایر تحقیقات انجام شده، بالاتر می باشد.

یک مدل ریاضی جهت بررسی کارآیی عملیات الکترودهای نفوذ گازی حاوی تفلون تحت تاثیر خواص فیزیکی قابل اندازه گیری توسعه یافت . بدلیل اهمیت موازنه جرم و جریان آب در عملکرد موفق یک پیل سوختی، یک مدل ریاضی یک بعدی بر اساس قوانین شرائط عملیاتی بهینه برای طراحی بسیار مفیدست . در بخش طراحی، سعی شد الگوریتمی جهت طراحی پیل سوختی قلیائی دما پایین به عنوان یک راکتور الکتور شیمیائی ارائه شود. مرحله تجربی این تحقیق با ساخت الکترودها آغاز شد. الکترودهای متخلخل نفوذ گازی با چسبندگی تفلون برای آند از رانی نیکل و برای کاتد از نقره ساخته شدند. کلیه آزمایشهای تعیین مشخصات فیزیکی نظیر bet، تخلخل سنجی و آنالیزه سطح با میکروسکوپ الکترونی و نیز تستهای الکترو شیمیایی در حالت پتانسیواستاتیک ، روش تافل و پلاریزاسیون خطی برروی الکترودهای ساخته شده بطور کامل انجام گرفت . در ادامه، دستگاه آزمایشگاهی پیل سوختی h2/o2 ساخته شد. در آخر، منحنی های پلاریزاسیون پیل در شرایط مختلف دما، فشار، غلظت الکترولیت ودبی گازهای واکنشگر بدست آمد.