Revolucija u energetici: Ugalj bez sagorijevanja i bez emisije CO₂

Međutim, novi pristup proizvodnji struje iz uglja dovodi u pitanje dugogodišnje shvatanje tako što u potpunosti uklanja sagorijevanje iz procesa. Umjesto spaljivanja uglja, sistem direktno pretvara njegovu hemijsku energiju u električnu, izbjegavajući emisiju CO₂ koja inače definiše njegov uticaj na životnu sredinu.

Novi put ka čistijem korišćenju fosilnih resursa

Proboj dolazi od istraživačkog tima koji predvodi Sje Heping iz Kineske akademije nauka na Univerzitetu u Šendženu, koji je razvio ono što opisuju kao gorivnu ćeliju na ugalj sa direktnom konverzijom i nultom emisijom ugljenika (ZC-DCFC). Ovaj koncept praktično redefiniše ugalj kao elektrohemijski izvor energije, a ne kao gorivo koje se sagorijeva, što potencijalno otvara novi put ka čistijem korišćenju fosilnih resursa.

Dizajn gorivne ćelije eliminiše potrebu za parnim ciklusom ili sagorijevanjem. Umjesto sagorijevanja, ugalj u ovom sistemu prolazi kroz višestepeni proces pripreme prije nego što se koristi za proizvodnju električne energije. Najprije se melje u fini prah, zatim suši, pročišćava i površinski obrađuje kako bi se optimizovala njegova reaktivnost. Tako obrađen ugalj se potom uvodi u anodnu komoru gorivne ćelije, dok se kiseonik dovodi na katodnu stranu, piše South China Morning Post.

Nulta emisija ugljenika

Unutar ćelije, čestice uglja se direktno oksiduju preko oksidne membrane, stvarajući elektrohemijsku reakciju koja odmah generiše električnu energiju. Ključno je to što ovaj pristup eliminiše potrebu za konvencionalnim fazama proizvodnje struje, kao što su stvaranje pare i mehaničke turbine, koje su inače centralni dio termoelektrana na ugalj.

Na izlazu iz anode, ugljen-dioksid nastao reakcijom se direktno hvata na licu mjesta i potom ili katalitički pretvara u korisne hemijske sirovine poput sinteznog gasa, ili hemijski stabilizuje u jedinjenja kao što je natrijum-bikarbonat. Ovakvo zatvoreno upravljanje ugljenikom doprinosi procesu koji se opisuje kao tih i čist u radu. Nasuprot tome, klasične termoelektrane na ugalj zavise od sagorijevanja kako bi proizvele toplotu, koja se zatim koristi za stvaranje pare koja pokreće turbine kroz višestepeni lanac konverzije energije. Taj indirektni put je ograničen termodinamičkim zakonima, posebno granicom efikasnosti Karnoovog ciklusa, koja ograničava koliko energije iz goriva može biti pretvoreno u korisnu električnu energiju.

Dugoročna stabilnost i efikasnost

Ovaj proboj takođe unapređuje trajnost i granice izlazne snage. Konvencionalni proces proizvodnje energije iz uglja inherentno je ograničen Karnoovim ciklusom, koji ograničava termalnu efikasnost na oko 40 procenata, prema Sjeu. Nasuprot tome, gorivna ćelija sa direktnom konverzijom uglja i nultom emisijom ugljenika izbjegava gubitke energije povezane sa sagorijevanjem i toplotnim mašinama, omogućavajući znatno višu teorijsku efikasnost.

Od 2018. godine, istraživačka grupa Sjea postepeno je unapređivala ovu tehnologiju kroz niz iteracija, rješavajući ključne izazove u oblasti nauke o materijalima, dugotrajnosti ćelije, obrade goriva i održavanja kontinuiranog dovoda uglja. Ranije verzije gorivnih ćelija na ugljenik imale su problem sa ograničenom gustinom snage i kratkim radnim vijekom, ali najnoviji dizajn nastoji da prevaziđe te prepreke kroz postepena inženjerska unapređenja.

Prema istraživačkom timu, najnovija verzija ćelije poboljšava skalabilnost sistema, dugoročnu stabilnost, efikasnost konverzije ugljenika i ukupnu integraciju sistema.

Sje je takođe naveo da bi se ovaj koncept mogao primijeniti na duboke slojeve uglja koji se nalaze na oko dva kilometra ispod zemlje. Umjesto vađenja i transporta uglja na površinu – što je skup i složen proces – sistem bi mogao da pretvara ugalj u električnu energiju direktno na licu mjesta, pri čemu bi se na površinu prenosila samo struja. Ovakav pristup mogao bi da ublaži pritisak na snabdijevanje kako se pliće rezerve uglja postepeno iscrpljuju.