Η παραδοσιακή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από άνθρακα συνδέεται συνήθως με υψηλά επίπεδα ρύπανσης, σημαντικές εκπομπές άνθρακα και σχετικά χαμηλή απόδοση.
Ωστόσο, μια νέα προσέγγιση στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από άνθρακα αμφισβητεί αυτή τη μακροχρόνια αντίληψη, αφαιρώντας πλήρως την καύση από τη διαδικασία.
Αντί να καίγεται ο άνθρακας, το σύστημα μετατρέπει απευθείας τη χημική του ενέργεια σε ηλεκτρική
Με αυτό τον τρόπο αποφεύγεται η απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα που συνήθως καθορίζει το περιβαλλοντικό του αποτύπωμα.
Η καινοτομία προέρχεται από ερευνητική ομάδα υπό τον Xie Heping της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών στο Πανεπιστήμιο Shenzhen, οι οποίοι ανέπτυξαν αυτό που περιγράφουν ως κυψέλη καυσίμου άμεσου άνθρακα μηδενικών εκπομπών (ZC-DCFC).
Η έννοια αυτή επαναπροσδιορίζει τον άνθρακα ως ηλεκτροχημική πηγή ενέργειας αντί για καύσιμο προς καύση, ανοίγοντας δυνητικά έναν νέο δρόμο για καθαρότερη αξιοποίηση των ορυκτών πόρων.
Σχεδιασμός κυψέλης καυσίμου άνθρακα χωρίς ανάγκη για κύκλο ατμού ή καύση
Αντί να καίγεται, ο άνθρακας σε αυτό το σύστημα υφίσταται μια πολυφασική διαδικασία προετοιμασίας πριν χρησιμοποιηθεί για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Αρχικά κονιοποιείται σε λεπτή σκόνη, στη συνέχεια ξηραίνεται, καθαρίζεται και υφίσταται επιφανειακή επεξεργασία για τη βελτιστοποίηση της αντιδραστικότητάς του.
Ο επεξεργασμένος άνθρακας εισάγεται κατόπιν στον θάλαμο ανόδου της κυψέλης καυσίμου, ενώ οξυγόνο τροφοδοτείται στην κάθοδο, σύμφωνα με τη South China Morning Post.
Μέσα στην κυψέλη, τα σωματίδια άνθρακα οξειδώνονται απευθείας μέσω μιας οξειδικής μεμβράνης, παράγοντας μια ηλεκτροχημική αντίδραση που δημιουργεί ηλεκτρική ενέργεια επιτόπου.
Το σημαντικό είναι ότι αυτή η προσέγγιση εξαλείφει την ανάγκη για τα συμβατικά στάδια παραγωγής ενέργειας, όπως η παραγωγή ατμού και οι μηχανικές τουρμπίνες, που αποτελούν βασικά στοιχεία των παραδοσιακών σταθμών άνθρακα.
Στην έξοδο της ανόδου, το διοξείδιο του άνθρακα που παράγεται από την αντίδραση δεσμεύεται απευθείας επιτόπου και στη συνέχεια είτε μετατρέπεται καταλυτικά σε χρήσιμες χημικές πρώτες ύλες, όπως αέριο σύνθεσης, είτε σταθεροποιείται χημικά σε ενώσεις όπως το όξινο ανθρακικό νάτριο.
Αυτή η «κλειστού κύκλου» διαχείριση του άνθρακα συμβάλλει σε μια διαδικασία που χαρακτηρίζεται ως αθόρυβη και καθαρή στη λειτουργία
Αντίθετα, οι συμβατικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με άνθρακα βασίζονται στην καύση για την παραγωγή θερμότητας, η οποία χρησιμοποιείται για την παραγωγή ατμού που κινεί γεννήτριες μέσω μιας πολυσταδιακής αλυσίδας μετατροπής ενέργειας.
Αυτή η έμμεση διαδικασία περιορίζεται θεμελιωδώς από θερμοδυναμικά όρια, ιδίως το όριο απόδοσης Carnot που σχετίζεται με τις θερμικές μηχανές.
Η καινοτομία βελτιώνει τη διάρκεια ζωής και τα όρια απόδοσης
Η συμβατική παραγωγή ενέργειας από άνθρακα περιορίζεται από τον κύκλο Carnot, που θέτει τη θερμική απόδοση περίπου στο 40%, σύμφωνα με τον Xie.
Αντίθετα, υποστηρίζει ότι η κυψέλη καυσίμου άμεσου άνθρακα μηδενικών εκπομπών (ZC-DCFC) αποφεύγει τις απώλειες ενέργειας που σχετίζονται με την καύση και τα θερμικά συστήματα, επιτρέποντας σημαντικά υψηλότερη θεωρητική απόδοση.
Από το 2018, η ερευνητική ομάδα του Xie έχει εξελίξει σταδιακά την τεχνολογία μέσω διαδοχικών βελτιώσεων, αντιμετωπίζοντας προκλήσεις στη επιστήμη υλικών, τη διάρκεια ζωής της κυψέλης, την επεξεργασία καυσίμου και τη διατήρηση συνεχούς τροφοδοσίας άνθρακα.
Προηγούμενες εκδόσεις κυψελών άμεσου άνθρακα αντιμετώπιζαν προβλήματα χαμηλής πυκνότητας ισχύος και μικρής διάρκειας λειτουργίας, τα οποία ο νεότερος σχεδιασμός επιχειρεί να ξεπεράσει μέσω σταδιακών τεχνικών βελτιώσεων.
Η πιο πρόσφατη έκδοση της κυψέλης καυσίμου βελτιώνει την κλιμάκωση των συστοιχιών, τη μακροχρόνια σταθερότητα, την απόδοση μετατροπής άνθρακα και τη συνολική ενσωμάτωση του συστήματος, σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα.
Ο Xie σημείωσε επίσης ότι η ιδέα θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε βαθιά κοιτάσματα άνθρακα περίπου 1,2 μίλια κάτω από τη γη
Αντί για εξόρυξη και μεταφορά του άνθρακα στην επιφάνεια - μια δαπανηρή και πολύπλοκη διαδικασία - το σύστημα θα μπορούσε να μετατρέπει τον άνθρακα σε ηλεκτρική ενέργεια επιτόπου, μεταφέροντας μόνο την ενέργεια προς τα πάνω.
Με αυτόν τον τρόπο, η προσέγγιση θα μπορούσε να συμβάλει στη μείωση της πίεσης στην προσφορά καθώς τα επιφανειακά αποθέματα άνθρακα μειώνονται σταδιακά.
www.worldenergynews.gr
