سلول های سوختی با دمای بالا کربنات مذاب در حال مقیاس شدن

انرژی سلول سوختی (FCE) در حال توسعه سلول‌های سوختی با دمای بالا است که می‌تواند با نیروگاه‌های گاز طبیعی و زغال‌سنگ کار کند تا کارایی و انرژی پاک‌تر را بهبود بخشد. این شرکت مستقر در کانکتیکات نوع جدیدی از پیل سوختی را توسعه داده است که از الکترولیت های کربنات مذاب استفاده می کند. این سلول الکتروشیمیایی می تواند CO2 را از گاز دودکش نیروگاه جذب کند و در عین حال برق اضافی را از گاز طبیعی، زغال سنگ یا سایر سوخت ها تولید کند. این شرکت دارای بیش از 100 حق ثبت اختراع پیل سوختی در ایالات متحده، شرکای بزرگ و قیمت سهام در حال افزایش است. چیزی که هنوز ندارد، سود یا یک پروژه خیمه شب بازی است که نشان می دهد فناوری آن در مقیاس تجاری به ثمر می رسد.

پیل سوختی وسیله ای است که از طریق یک واکنش الکتروشیمیایی، نه احتراق، الکتریسیته تولید می کند. برخی هستند که ادعا می کنند تولید گرما از هیدروژن بدون احتراق منحصر به فرد یا جادویی است.

راه‌حل‌های انرژی واقعی معیارهایی را اندازه‌گیری کرده‌اند تا تعیین کنند که آیا برای جایگزینی کل مشعل زغال‌سنگ یا اضافه کردن پیل سوختی در کنار کارخانه زغال‌سنگ مقرون به صرفه هستند یا خیر. سلول های سوختی کربنات مذاب به وضوح از نظر علمی، مهندسی، اقتصادی و مقیاس پذیری تعریف شده اند. مدعیانی وجود دارند که تعریف نشده اند و طراحی مهندسی شفاف و مطالعات هزینه را انجام نمی دهند و در جهت شفاف سازی منافع بالقوه واقعی کار نمی کنند.

پیل‌های سوختی کربنات مذاب (MCFC) پیل‌های سوختی با دمای بالا هستند که در دمای 600 درجه سانتی‌گراد و بالاتر کار می‌کنند.

سلول‌های سوختی کربنات مذاب (MCFCs) برای گاز طبیعی، بیوگاز (تولید شده در نتیجه هضم بی‌هوازی یا تبدیل به گاز زیست توده)، و نیروگاه‌های مبتنی بر زغال سنگ برای کاربردهای برق، صنعتی و نظامی توسعه داده شدند. MCFC ها سلول های سوختی با دمای بالا هستند که از الکترولیت تشکیل شده از مخلوط نمک کربنات مذاب معلق در یک ماتریس سرامیکی متخلخل و بی اثر از نظر شیمیایی از الکترولیت جامد بتا آلومینا (BASE) استفاده می کنند. از آنجایی که آنها در دماهای بسیار بالای 650 درجه سانتیگراد (تقریباً 1,200 درجه فارنهایت) و بالاتر کار می کنند، فلزات غیر قیمتی [مشکوک - بحثی] می توانند به عنوان کاتالیزور در آند و کاتد استفاده شوند و هزینه ها را کاهش دهند.

بهبود راندمان یکی دیگر از دلایلی است که MCFCها کاهش هزینه قابل توجهی را نسبت به سلولهای سوختی اسید فسفریک (PAFC) ارائه می دهند. پیل‌های سوختی کربنات مذاب می‌توانند به بازدهی نزدیک به 60 درصد برسند، که به طور قابل‌توجهی بالاتر از بازده 37 تا 42 درصدی یک کارخانه پیل سوختی اسید فسفریک است. هنگامی که گرمای اتلاف گرفته و استفاده می شود، راندمان کلی سوخت می تواند به 85٪ برسد.

طراحی و بهینه سازی سه معیاره یک سیستم انرژی مبتنی بر MCFC با تولید و تزریق هیدروژن: تلاشی برای به حداقل رساندن انتشار کربن

خطر کاهش سریع ذخایر سوخت های فسیلی و تخلیه آلاینده ها به دلیل کاهش این منابع، پیامدهای فاجعه باری برای اکوسیستم داشته است. استفاده از سیستم‌های انرژی کارآمد، بازیافت گرمای اتلاف از این سیستم‌ها و کاهش چرخه انتشار دی اکسید کربن یکی از روش‌های جلوگیری از این تهدید احتمالی در این زمینه است. در این مقاله پیشنهاد شده است که از الکتریسیته تولید شده توسط چرخه قدرت جذب کف برای ایجاد هیدروژن برای استفاده در یک سیستم انرژی مبتنی بر پیل سوختی کربنات مذاب استفاده شود. این سیستم کربن نزدیک به صفر نامیده می شود زیرا استفاده از گرمای اتلاف کارآمد امکان استفاده از حداکثر هیدروژن و حداقل سوخت هیدروکربنی را فراهم می کند. مفهوم چرخه کربن نزدیک به صفر از دیدگاه فناوری، اقتصاد و محیط زیست مورد بررسی قرار گرفته است. انجام بهینه سازی چند معیاره برای ایجاد نقطه عملیاتی بهینه سیستم مورد نظر برای کاهش هزینه ها و انتشار CO2 و همزمان افزایش کارایی ضروری است. تجزیه و تحلیل پارامتری برای کشف پارامترهای مهم طراحی که بر عملکرد سیستم تحت بررسی تأثیر می گذارد، انجام می شود. از جمله عوامل مورد بررسی می توان به ضریب مصرف سوخت، چگالی جریان، دمای پشته (Tstack) و نسبت بخار به کربن (rsc) اشاره کرد. پس از بررسی، مشخص شد که سیستم پیشنهادی بازده انرژی و اکسرژی به ترتیب حدود 66.21% و 59.5% است. بر اساس یافته های تحلیل اکسرژی، MCFC و پس سوز از نظر تخریب اکسرژی بالاترین رتبه را داشتند (به ترتیب 93.12/22.4 مگاوات و 59.5/11.7 مگاوات). یافته‌های بهینه‌سازی سه هدفه همچنین نشان می‌دهد که بهینه‌ترین نقطه راه‌حل دارای راندمان اکسرژی 2٪، نرخ هزینه کل 0.58 ($/gigajoule) و انتشار COXNUMX XNUMX تن/MWh است.