Schmelzkarbonat-Hochtemperatur-Brennstoffzellen auf dem Weg zur Skalierung

Brennstoffzellenenergie (FCE) entwickelt Hochtemperatur-Brennstoffzellen, die mit Erdgas- und Kohlekraftwerken zusammenarbeiten können, um die Effizienz zu verbessern und sauberere Energie zu liefern. Das in Connecticut ansässige Unternehmen hat einen neuartigen Brennstoffzellentyp entwickelt, der Elektrolyte aus geschmolzenem Karbonat verwendet. Diese elektrochemische Zelle kann CO2 aus dem Rauchgas eines Kraftwerks abscheiden und gleichzeitig zusätzlichen Strom aus Erdgas, Kohle oder anderen Brennstoffen erzeugen. Das Unternehmen verfügt über mehr als 100 US-Patente für Brennstoffzellen, namhafte Partner und einen steigenden Aktienkurs. Was es noch nicht hat, sind Gewinne oder ein Festzeltprojekt, das zeigt, dass sich seine Technologie im kommerziellen Maßstab auszahlt.

Eine Brennstoffzelle ist ein Gerät, das Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion erzeugt, nicht durch Verbrennung. Es gibt einige, die behaupten, dass die Erzeugung von Wärme aus Wasserstoff ohne Verbrennung einzigartig oder magisch ist.

Reale Energielösungen haben Metriken gemessen, um festzustellen, ob es wirtschaftlich ist, den gesamten Kohlebrenner zu ersetzen oder die Brennstoffzelle neben dem Kohlekraftwerk hinzuzufügen. Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen sind in Bezug auf Wissenschaft, Technik, Wirtschaftlichkeit und Skalierbarkeit klar definiert. Es gibt Prätendenten, die nicht definiert sind und keine transparenten Konstruktions- und Kostenstudien durchführen und nicht auf die Klärung der tatsächlichen potenziellen Vorteile hinarbeiten.

Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen (MCFCs) sind Hochtemperatur-Brennstoffzellen, die bei Temperaturen von 600 °C und mehr arbeiten.

Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen (MCFCs) wurden für Erdgas, Biogas (erzeugt durch anaerobe Vergärung oder Biomassevergasung) und kohlebasierte Kraftwerke für Stromversorgungs-, Industrie- und Militäranwendungen entwickelt. MCFCs sind Hochtemperatur-Brennstoffzellen, die einen Elektrolyten verwenden, der aus einer geschmolzenen Karbonatsalzmischung besteht, die in einer porösen, chemisch inerten Keramikmatrix aus Beta-Aluminiumoxid-Festelektrolyten (BASE) suspendiert ist. Da sie bei extrem hohen Temperaturen von 650 °C (ca. 1,200 °F) und darüber arbeiten, können unedle [zweifelhafte – diskutieren] Metalle als Katalysatoren an Anode und Kathode verwendet werden, was die Kosten senkt.

Verbesserte Effizienz ist ein weiterer Grund, warum MCFCs erhebliche Kostensenkungen gegenüber Phosphorsäure-Brennstoffzellen (PAFCs) bieten. Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen können Wirkungsgrade von nahezu 60 % erreichen, was erheblich höher ist als die 37–42 % Wirkungsgrade einer Phosphorsäure-Brennstoffzellenanlage. Wenn die Abwärme erfasst und genutzt wird, kann die Gesamtbrennstoffeffizienz bis zu 85 % betragen

Design und Tri-Kriterien-Optimierung eines MCFC-basierten Energiesystems mit Wasserstofferzeugung und -einspritzung: Ein Versuch, die Kohlenstoffemission zu minimieren

Die drohende rasche Erschöpfung der Vorräte an fossilen Brennstoffen und die Freisetzung von Schadstoffen aufgrund der Erschöpfung dieser Ressourcen hat katastrophale Folgen für das Ökosystem. Der Einsatz effizienter Energiesysteme, die Rückgewinnung von Abwärme aus diesen Systemen und verringerte Kohlendioxid-Emissionszyklen ist ein Ansatz, um diese drohende Bedrohung in diesem Zusammenhang abzuwenden. In diesem Dokument wird vorgeschlagen, die durch den Bottoming-Absorptions-Energiekreislauf erzeugte Elektrizität zu nutzen, um Wasserstoff zur Verwendung in einem Energiesystem auf der Basis von Brennstoffzellen mit geschmolzenem Karbonat zu erzeugen. Das System wird als nahezu kohlenstofffrei bezeichnet, da die effiziente Abwärmenutzung einen maximalen Wasserstoff- und einen minimalen Kohlenwasserstoffbrennstoffverbrauch ermöglicht. Das Konzept des nahezu kohlenstofffreien Kreislaufs wird unter technologischen, wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten untersucht. Zur Ermittlung des optimalen Betriebspunktes des betrachteten Systems zur Reduzierung von Kosten und CO2-Emissionen bei gleichzeitiger Effizienzsteigerung ist eine mehrkriterielle Optimierung erforderlich. Eine parametrische Analyse wird durchgeführt, um die wichtigen Entwurfsparameter zu ermitteln, die sich auf die Leistung des betrachteten Systems auswirken. Zu den untersuchten Faktoren gehören der Brennstoffnutzungsfaktor, die Stromdichte, die Stapeltemperatur (Tstack) und das Dampf-zu-Kohlenstoff-Verhältnis (rsc). Bei der Untersuchung wurde festgestellt, dass das vorgeschlagene System eine Energie- und Exergieeffizienz von etwa 66.21 % bzw. 59.5 % hatte. Nach den Ergebnissen der Exergieanalyse rangierten die MCFC und der Nachbrenner in Bezug auf die Exergievernichtung am höchsten (93.12 MW bzw. 22.4 MW). Die Tri-Objective-Optimierungsergebnisse zeigen auch, dass der optimalste Lösungspunkt eine Exergieeffizienz von 59.5 %, einen Gesamtkostensatz von 11.7 ($/Gigajoule) und eine CO2-Emission von 0.58 Tonnen/MWh aufweist.