Chinas Technologie wandelt Kohle emissionsfrei in Elektrizität um

Der Durchbruch stammt Leitung Academy of Sciences an der Shenzhen University, das eine sogenannte zero-carbon-emission direct coal fuel cell (ZC-DCFC) entwickelt hat.

Das Konzept rahmt Kohle effektiv als elektrochemische Energiequelle und nicht als Brennstoff zur Verbrennung neu ein, was potenziell einen neuen Weg für eine sauberere Nutzung fossiler Ressourcen eröffnet. Kohle-Brennzellen-Design eliminiert die Notwendigkeit eines Dampfkreislaufs oder der Verbrennung.

Anstatt verbrannt zu werden, durchläuft Kohle in diesem System einen mehrstufigen Vorbereitungsprozess, bevor sie zur Stromerzeugung verwendet wird. Zuerst wird sie zu einem feinen Pulver zermahlen, dann getrocknet, gereinigt und an der Oberfläche behandelt, um ihre Reaktivität zu optimieren.

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Die vorbehandelte Kohle wird anschließend in die Anodekammer der Brennstoffzelle eingebracht, während an der Kathodenseite Sauerstoff zugeführt wird, berichtet die South China Morning Post. Im Inneren der Zelle werden die Kohlepartikel direkt durch eine Oxidmembran oxidiert, wodurch eine elektrochemische Reaktion entsteht, die Strom erzeugt.

Entschewrend eliminiert dieser Ansatz die Notwendigkeit konventioneller Stromerzeugungsstufen wie Dampferzeugung und mechanische Turbinen, die typischerweise in Kohlekraftwerken zentral sind.

Am Anodenausgang wird das durch die Reaktion erzeugte Kohlendioxid direkt vor Ort abgeschieden und anschließend entweder katalytisch in nützliche chemische Ausgangsstoffe wie Synthesegas umgewandelt oder chemisch zu Verbindungen wie Natriumhydrogencarbon stabilisiert.

Diese geschlossene Handhabung ägt zu einem

Diese geschlossene Handhabung ägt zu einem Prozess bei, der im Betrieb sowohl als geräuscharm als auch sauber beschrieben wird.

Im Gegensatz dazu sind konventionelle Kohlekraftwerke auf die Verbrennung angewiesen, um Wärme zu erzeugen, die dann zur Dampferzeugung genutzt wird, welche wiederum Turbogeneratoren durch eine mehrstufige Energieumwandlungskette antreibt.

Dieser indirekte Weg ist fundamental durch thermodynamische Grenzen eingeschränkt, insbesondere durch die Carnot-Wirkungsgradgrenze, die mit Wärmekraftmaschinen verbunden ist und einschränkt, wie viel der Energie des Brennstoffs in nutzbaren Strom umgewandelt werden kann. Durchbrüche verbessern die Haltbarkeit und die Leistungsgrenzen.

Der konventionelle Kohlekraftprozess ist inhärent durch

Der konventionelle Kohlekraftprozess ist inhärent durch den Carnot-Kreislauf begrenzt, der laut Xie die thermische Effizienz auf ungefähr 40 Prozent begrenzt.

Im Gegensatz dazu argumentiert er, dass die kohlenstoffemissionsfreie Direktbrennstoffzelle (ZC-DCFC) die Energieverluste vermeidet, die mit Verbrennung und wärmebasierten Systemen verbunden sind, und somit eine signifikant höhere theoretische Effizienz ermöglicht.

Seit 2018 hat die Forschungsgruppe aufeinanderfolgende Iterationen schrittweise vorangebracht und dabei hartnäckige Herausforderungen in den Bereichen Materialwissenschaft, Zellhaltbarkeit, Brennstoffverarbeitung und die Fähigkeit, eine kontinuierliche Kohleversorgung aufrechtzuerhalten, angegangen.

Technik, Energie und Einsatz

Frühere Versionen litten unter begrenzter Leistungsdichte und kurzer Betriebslebensdauer, Probleme, die das neueste Design durch inkrementelle technische Verbesserungen überwinden soll.

Laut dem Forschungsteam verbessert die neueste Version der Brennstoffzelle die Stapel-Skalierbarkeit, die Langzeitstabilität, die Kohlenstoffumwandlungseffizienz und die gesamte Systemintegration. Xie merkte außerdem an, dass das Konzept auf Tiefenkohleflöze angewendet werden könnte, die in etwa 1,2 Meilen unter der Erde liegen.

Anstatt Kohle abzubauen und an die Oberfläche zu transportieren – ein kostspieliger und komplexer Prozess – könnte das System die Kohle vor Ort in Elektrizität umwandeln und nur die Energie nach oben übertragen. Dieser Ansatz könnte wiederum dazu beitragen, den Druck auf die Versorgung zu mindern, da die oberflächennahen Kohlevorkommen allmählich abnehmen.