Celdas de combustible de alta temperatura de carbonato fundido a escala

Energía de celda de combustible (FCE) está desarrollando celdas de combustible de alta temperatura que pueden funcionar con plantas de gas natural y carbón para mejorar la eficiencia y generar energía más limpia. La firma con sede en Connecticut ha desarrollado un nuevo tipo de pila de combustible que utiliza electrolitos de carbonato fundido. Esta celda electroquímica puede capturar CO2 de los gases de combustión de una planta de energía mientras genera electricidad adicional a partir de gas natural, carbón u otros combustibles. La compañía tiene más de 100 patentes de celdas de combustible en EE. UU., socios de renombre y un precio de acciones altísimo. Lo que aún no tiene son ganancias o un proyecto de marca que demuestre que su tecnología vale la pena a escala comercial.

Una celda de combustible es un dispositivo que genera electricidad a través de una reacción electroquímica, no de combustión. Hay quienes afirman que producir calor a partir de hidrógeno sin combustión es algo único o mágico.

Las soluciones de energía real han medido métricas para determinar si es económico reemplazar todo el quemador de carbón o agregar la celda de combustible junto a la planta de carbón. Las celdas de combustible de carbonato fundido están claramente definidas en términos de ciencia, ingeniería, economía y escalabilidad. Hay pretendientes que no están definidos y no están realizando un diseño de ingeniería y estudios de costos transparentes y no están trabajando para aclarar los beneficios potenciales reales.

Las pilas de combustible de carbonato fundido (MCFC) son pilas de combustible de alta temperatura que funcionan a temperaturas de 600 °C y superiores.

Las celdas de combustible de carbonato fundido (MCFC) se desarrollaron para gas natural, biogás (producido como resultado de la digestión anaeróbica o gasificación de biomasa) y centrales eléctricas a base de carbón para aplicaciones eléctricas, industriales y militares. Las MCFC son pilas de combustible de alta temperatura que utilizan un electrolito compuesto por una mezcla de sales de carbonato fundido suspendida en una matriz cerámica porosa y químicamente inerte de electrolito sólido de beta-alúmina (BASE). Dado que operan a temperaturas extremadamente altas de 650 °C (aproximadamente 1,200 °F) y superiores, los metales no preciosos [dudosos, discutir] se pueden usar como catalizadores en el ánodo y el cátodo, lo que reduce los costos.

La eficiencia mejorada es otra razón por la que las MCFC ofrecen reducciones de costos significativas en comparación con las celdas de combustible de ácido fosfórico (PAFC). Las celdas de combustible de carbonato fundido pueden alcanzar eficiencias cercanas al 60 %, considerablemente más altas que las eficiencias del 37 al 42 % de una planta de celdas de combustible de ácido fosfórico. Cuando se captura y utiliza el calor residual, la eficiencia general del combustible puede llegar al 85 %

Diseño y optimización tricriterio de un sistema energético basado en MCFC con producción e inyección de hidrógeno: Un esfuerzo para minimizar la emisión de carbono

La amenaza del rápido agotamiento de las reservas de combustibles fósiles y la descarga de contaminantes debido al agotamiento de estos recursos ha tenido consecuencias catastróficas para el ecosistema. El uso de sistemas de energía eficientes, la recuperación del calor residual de estos sistemas y la disminución de los ciclos de emisión de dióxido de carbono es un enfoque para evitar esta amenaza inminente en este contexto. En este documento se propone utilizar la electricidad generada por el ciclo de energía de absorción de fondo para crear hidrógeno para su uso en un sistema de energía basado en celdas de combustible de carbonato fundido. El sistema se llama carbono casi nulo ya que la utilización eficiente del calor residual permite un uso máximo de hidrógeno y un mínimo de combustible de hidrocarburo. El concepto del ciclo de carbono cercano a cero se está explorando desde los puntos de vista de la tecnología, la economía y el medio ambiente. Es necesario realizar una optimización multicriterio para establecer el punto óptimo de operación del sistema en consideración para reducir los costos y las emisiones de CO2 al tiempo que aumenta la eficiencia. Se realiza un análisis paramétrico para descubrir los parámetros de diseño importantes que afectan el rendimiento del sistema bajo consideración. Entre los factores que se están investigando se incluyen el factor de utilización de combustible, la densidad de corriente, la temperatura de la chimenea (Tstack) y la relación vapor a carbono (rsc). Tras la investigación, se descubrió que el sistema propuesto tenía una eficiencia energética y exergética de alrededor del 66.21 % y el 59.5 %, respectivamente. De acuerdo con los hallazgos del análisis de exergía, el MCFC y el dispositivo de poscombustión ocuparon los primeros lugares en términos de destrucción de exergía (93.12 MW y 22.4 MW, respectivamente). Los hallazgos de optimización de tres objetivos también revelan que el punto de solución más óptimo tiene una eficiencia exergética del 59.5 %, una tasa de costo total de 11.7 ($/gigajoule) y una emisión de CO2 de 0.58 ton/MWh.