Čínský průlom: Uhlí se mění na elektřinu bez přímých emisí, slibuje revoluci v energetice

Tradiční výroba elektřiny z uhlí je obvykle spojena s vysokou úrovní znečištění, významnými emisemi uhlíku a relativně nízkou účinností. Nový přístup k produkci elektřiny z uhlí však mění zažitou představu tím, že zcela odstraňuje spalování z procesu.

Tradiční výroba elektřiny z uhlí je obvykle spojena s vysokou úrovní znečištění, významnými emisemi uhlíku a relativně nízkou účinností. Nový přístup k produkci elektřiny z uhlí však mění zažitou představu tím, že zcela odstraňuje spalování z procesu. Místo pálení uhlí systém přeměňuje jeho chemickou energii přímo na elektřinu, čímž se vyhýbá uvolňování oxidu uhličitého, které obvykle definuje jeho dopad na životní prostředí.

Tento průlom pochází od výzkumného týmu vedeného Xie Hepingem z Čínské akademie věd na univerzitě v Šen-čenu, který vyvinul takzvaný přímý uhelný palivový článek s nulovými emisemi uhlíku (ZC-DCFC). Koncept efektivně přeformulovává uhlí z paliva na elektrochemický zdroj energie, což potenciálně otevírá novou cestu pro čistší využití fosilních zdrojů.

Místo spalování prochází uhlí v tomto systému vícestupňovým procesem přípravy. Nejprve je rozemleto na jemný prášek, poté vysušeno, vyčištěno a povrchově upraveno pro optimalizaci jeho reaktivity. Zpracované uhlí je následně zavedeno do anodové komory palivového článku, zatímco kyslík je dodáván na katodovou stranu. Uvnitř článku jsou uhelné částice přímo oxidovány přes oxidovou membránu, což vytváří elektrochemickou reakci, která generuje elektřinu přímo na místě. Tento přístup eliminuje potřebu konvenčních fází výroby energie, jako je produkce páry a mechanické turbíny, které jsou typicky klíčové pro uhelné elektrárny.

Oxid uhličitý, produkovaný reakcí, je zachycován přímo na místě a poté buď katalyticky transformován na užitečné chemické suroviny, jako je syntézní plyn, nebo chemicky stabilizován do sloučenin, jako je hydrogenuhličitan sodný. Toto uzavřené nakládání s uhlíkem přispívá k procesu, který je popsán jako tichý a čistý v provozu.

Konvenční proces výroby energie z uhlí je ze své podstaty omezen Carnotovým cyklem, který omezuje tepelnou účinnost na zhruba 40 procent. Naproti tomu ZC-DCFC se vyhýbá energetickým ztrátám spojeným se spalováním a tepelnými motorovými systémy, což umožňuje výrazně vyšší teoretickou účinnost. Od roku 2018 Xieho výzkumná skupina postupně zdokonalovala technologii, řešila přetrvávající výzvy v materiálové vědě, životnosti článků, zpracování paliva a schopnosti udržovat nepřetržité dodávky uhlí. Nejnovější verze palivového článku zlepšuje škálovatelnost článků, dlouhodobou stabilitu, účinnost přeměny uhlíku a celkovou systémovou integraci.

Xie také poznamenal, že koncept by mohl být aplikován na hluboké uhelné sloje nacházející se asi 1,2 míle (přibližně 1,9 km) pod zemí. Namísto těžby a přepravy uhlí na povrch – což je nákladný a složitý proces – by systém mohl přeměňovat uhlí na elektřinu přímo na místě a nahoru by se přenášela pouze energie. Tento přístup by zase mohl pomoci zmírnit tlak na dodávky, jelikož mělké zásoby uhlí postupně ubývají.