Κυψέλες καυσίμου υψηλών θερμοκρασιών λιωμένου ανθρακικού άλατος που κλιμακώνονται

Fuel Cell Energy (FCE) αναπτύσσει κυψέλες καυσίμου υψηλής θερμοκρασίας που μπορούν να συνεργαστούν με εργοστάσια φυσικού αερίου και άνθρακα για τη βελτίωση της απόδοσης και την καθαρότερη ενέργεια. Η εταιρεία με έδρα το Κονέκτικατ ανέπτυξε έναν νέο τύπο κυψελών καυσίμου που χρησιμοποιεί τετηγμένους ανθρακικούς ηλεκτρολύτες. Αυτό το ηλεκτροχημικό στοιχείο μπορεί να δεσμεύσει CO2 από τα καυσαέρια ενός σταθμού ηλεκτροπαραγωγής ενώ παράγει επιπλέον ηλεκτρική ενέργεια από φυσικό αέριο, άνθρακα ή άλλα καύσιμα. Η εταιρεία έχει περισσότερα από 100 διπλώματα ευρεσιτεχνίας κυψελών καυσίμου στις ΗΠΑ, γνωστούς εταίρους και μια ραγδαία αύξηση της τιμής της μετοχής. Αυτό που δεν έχει ακόμη είναι τα κέρδη ή ένα σχέδιο μαρκίζ που δείχνει ότι η τεχνολογία του αποδίδει σε εμπορική κλίμακα.

Η κυψέλη καυσίμου είναι μια συσκευή που παράγει ηλεκτρική ενέργεια μέσω ηλεκτροχημικής αντίδρασης και όχι καύσης. Υπάρχουν κάποιοι που ισχυρίζονται ότι η παραγωγή θερμότητας από υδρογόνο χωρίς καύση είναι μοναδική ή μαγική.

Οι λύσεις πραγματικής ενέργειας έχουν μετρήσεις μετρήσεων για να καθορίσουν εάν είναι οικονομικές για την αντικατάσταση ολόκληρου του καυστήρα άνθρακα ή για την προσθήκη της κυψέλης καυσίμου κατά μήκος του εργοστασίου άνθρακα. Οι κυψέλες καυσίμου λιωμένου ανθρακικού άλατος ορίζονται σαφώς από άποψη επιστήμης, μηχανικής, οικονομίας και επεκτασιμότητας. Υπάρχουν υποκριτές που δεν έχουν καθοριστεί και δεν εκτελούν διαφανείς μελέτες μηχανικού σχεδιασμού και κόστους και δεν εργάζονται για την αποσαφήνιση των πραγματικών πιθανών οφελών.

Οι κυψέλες καυσίμου λιωμένου ανθρακικού (MCFC) είναι κυψέλες καυσίμου υψηλής θερμοκρασίας που λειτουργούν σε θερμοκρασίες 600 °C και άνω.

Οι κυψέλες καυσίμου λιωμένου ανθρακικού (MCFC) αναπτύχθηκαν για φυσικό αέριο, βιοαέριο (που παράγεται ως αποτέλεσμα αναερόβιας χώνευσης ή αεριοποίησης βιομάζας) και σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με βάση τον άνθρακα για ηλεκτρικές, βιομηχανικές και στρατιωτικές εφαρμογές. Τα MCFC είναι κυψέλες καυσίμου υψηλής θερμοκρασίας που χρησιμοποιούν έναν ηλεκτρολύτη που αποτελείται από ένα μείγμα τετηγμένου ανθρακικού άλατος που αιωρείται σε μια πορώδη, χημικά αδρανή κεραμική μήτρα στερεού ηλεκτρολύτη βήτα-αλουμίνας (BASE). Δεδομένου ότι λειτουργούν σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες 650 °C (περίπου 1,200 °F) και άνω, τα μη πολύτιμα μέταλλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καταλύτες στην άνοδο και την κάθοδο, μειώνοντας το κόστος.

Η βελτιωμένη απόδοση είναι ένας άλλος λόγος που οι MCFC προσφέρουν σημαντικές μειώσεις κόστους έναντι των κυψελών καυσίμου φωσφορικού οξέος (PAFCs). Οι κυψέλες καυσίμου λιωμένου ανθρακικού μπορούν να φτάσουν αποδόσεις που πλησιάζουν το 60%, σημαντικά υψηλότερες από τις αποδόσεις 37–42% μιας μονάδας κυψελών καυσίμου με φωσφορικό οξύ. Όταν η απορριπτόμενη θερμότητα συλλαμβάνεται και χρησιμοποιείται, η συνολική απόδοση καυσίμου μπορεί να φτάσει το 85%

Σχεδιασμός και βελτιστοποίηση τριών κριτηρίων ενός ενεργειακού συστήματος βασισμένου σε MCFC με παραγωγή και έγχυση υδρογόνου: Μια προσπάθεια ελαχιστοποίησης της εκπομπής άνθρακα

Η απειλή της ταχείας εξάντλησης των αποθεμάτων ορυκτών καυσίμων και η απόρριψη ρύπων λόγω της εξάντλησης αυτών των πόρων είχε καταστροφικές συνέπειες για το οικοσύστημα. Η χρήση αποδοτικών ενεργειακών συστημάτων, η ανάκτηση απορριπτόμενης θερμότητας από αυτά τα συστήματα και οι μειωμένοι κύκλοι εκπομπής διοξειδίου του άνθρακα είναι μια προσέγγιση για την αποτροπή αυτής της διαφαινόμενης απειλής σε αυτό το πλαίσιο. Προτείνεται σε αυτό το έγγραφο να χρησιμοποιηθεί η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τον κύκλο ισχύος απορρόφησης πυθμένα για τη δημιουργία υδρογόνου για χρήση σε ένα ενεργειακό σύστημα που βασίζεται σε κυψέλες καυσίμου με τηγμένο ανθρακικό. Το σύστημα ονομάζεται σχεδόν μηδενικός άνθρακας, καθώς η αποτελεσματική χρήση της απορριπτόμενης θερμότητας επιτρέπει τη μέγιστη χρήση υδρογόνου και την ελάχιστη χρήση καυσίμου υδρογονανθράκων. Η έννοια του σχεδόν μηδενικού κύκλου άνθρακα διερευνάται από την άποψη της τεχνολογίας, της οικονομίας και του περιβάλλοντος. Είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθεί βελτιστοποίηση πολλαπλών κριτηρίων για να καθοριστεί το βέλτιστο σημείο λειτουργίας του υπό εξέταση συστήματος για τη μείωση του κόστους και των εκπομπών CO2 ενώ ταυτόχρονα αυξάνεται η απόδοση. Εκτελείται μια παραμετρική ανάλυση για να ανακαλύψει τις σημαντικές παραμέτρους σχεδιασμού που επηρεάζουν την απόδοση του υπό εξέταση συστήματος. Μεταξύ των υπό διερεύνηση παραγόντων περιλαμβάνονται ο συντελεστής χρήσης καυσίμου, η πυκνότητα ρεύματος, η θερμοκρασία στοίβας (Tstack) και ο λόγος ατμού προς άνθρακα (rsc). Μετά από έρευνα, ανακαλύφθηκε ότι το προτεινόμενο σύστημα είχε ενεργειακή και ενεργειακή απόδοση περίπου 66.21% και 59.5%, αντίστοιχα. Σύμφωνα με τα ευρήματα της ανάλυσης εξεργίας, το MCFC και ο μετακαυστήρας κατέλαβαν την υψηλότερη θέση όσον αφορά την καταστροφή εξεργίας (93.12 MW και 22.4 MW, αντίστοιχα). Τα ευρήματα βελτιστοποίησης τριών στόχων αποκαλύπτουν επίσης ότι το πιο βέλτιστο σημείο λύσης έχει εξεργειακή απόδοση 59.5%, συνολικό ποσοστό κόστους 11.7 ($/gigajoule) και εκπομπή CO2 0.58 τόνους/MWh.