Celle a combustibile ad alta temperatura di carbonato fuso che raggiungono la scala

Energia con celle a combustibile (FCE) sta sviluppando celle a combustibile ad alta temperatura che possono funzionare con le centrali a gas naturale e a carbone per migliorare l’efficienza e ottenere un’energia più pulita. L'azienda con sede nel Connecticut ha sviluppato un nuovo tipo di cella a combustibile che utilizza elettroliti di carbonato fuso. Questa cella elettrochimica può catturare la CO2 dai gas di combustione di una centrale elettrica generando al contempo elettricità aggiuntiva da gas naturale, carbone o altri combustibili. L’azienda ha più di 100 brevetti statunitensi sulle celle a combustibile, partner di grandi nomi e un prezzo delle azioni alle stelle. Ciò che non ha ancora sono i profitti o un progetto di punta che dimostri che la sua tecnologia ripaga su scala commerciale.

Una cella a combustibile è un dispositivo che genera elettricità attraverso una reazione elettrochimica, non attraverso la combustione. Alcuni sostengono che produrre calore dall’idrogeno senza combustione sia unico o magico.

Le soluzioni energetiche reali hanno misurato parametri per determinare se è economico sostituire l’intero bruciatore a carbone o aggiungere la cella a combustibile accanto alla centrale a carbone. Le celle a combustibile a carbonati fusi sono chiaramente definite in termini di scienza, ingegneria, economia e scalabilità. Ci sono pretendenti che non sono definiti e non stanno eseguendo una progettazione ingegneristica trasparente e studi sui costi e non stanno lavorando per chiarire i potenziali vantaggi effettivi.

Le celle a combustibile a carbonati fusi (MCFC) sono celle a combustibile ad alta temperatura che funzionano a temperature di 600 °C e superiori.

Le celle a combustibile a carbonati fusi (MCFC) sono state sviluppate per gas naturale, biogas (prodotto come risultato della digestione anaerobica o gassificazione della biomassa) e centrali elettriche a base di carbone per servizi elettrici, applicazioni industriali e militari. Le MCFC sono celle a combustibile ad alta temperatura che utilizzano un elettrolita composto da una miscela di sali di carbonato fuso sospesa in una matrice ceramica porosa e chimicamente inerte di elettrolita solido di beta-allumina (BASE). Poiché funzionano a temperature estremamente elevate di 650 °C (circa 1,200 °F) e superiori, i metalli non preziosi [dubbi – discutere] possono essere utilizzati come catalizzatori all'anodo e al catodo, riducendo i costi.

La migliore efficienza è un altro motivo per cui le MCFC offrono significative riduzioni dei costi rispetto alle celle a combustibile ad acido fosforico (PAFC). Le celle a combustibile a carbonato fuso possono raggiungere efficienze prossime al 60%, notevolmente superiori all'efficienza del 37-42% di un impianto di celle a combustibile ad acido fosforico. Quando il calore di scarto viene catturato e utilizzato, l’efficienza complessiva del carburante può raggiungere l’85%

Progettazione e ottimizzazione di tre criteri di un sistema energetico basato su MCFC con produzione e iniezione di idrogeno: uno sforzo per ridurre al minimo le emissioni di carbonio

La minaccia di un rapido esaurimento delle riserve di combustibili fossili e dello scarico di sostanze inquinanti dovuto all’esaurimento di queste risorse ha avuto conseguenze catastrofiche per l’ecosistema. L’utilizzo di sistemi energetici efficienti, il recupero del calore di scarto da questi sistemi e la riduzione dei cicli di emissione di anidride carbonica rappresentano un approccio per scongiurare questa minaccia incombente in questo contesto. In questo documento si propone di utilizzare l'elettricità generata dal ciclo energetico ad assorbimento di fondo per creare idrogeno da utilizzare in un sistema energetico basato su celle a combustibile a carbonati fusi. Il sistema è chiamato carbonio quasi zero poiché l’efficiente utilizzo del calore di scarto consente il massimo utilizzo di idrogeno e un utilizzo minimo di idrocarburi. Il concetto del ciclo del carbonio vicino allo zero viene esplorato dal punto di vista della tecnologia, dell’economia e dell’ambiente. È necessario effettuare un'ottimizzazione multicriterio per stabilire il punto di funzionamento ottimale del sistema in esame per ridurre i costi e le emissioni di CO2 aumentando contemporaneamente l'efficienza. Viene eseguita un'analisi parametrica per scoprire gli importanti parametri di progettazione che influiscono sulle prestazioni del sistema in esame. Tra i fattori in esame figurano il fattore di utilizzo del combustibile, la densità di corrente, la temperatura del camino (Tstack) e il rapporto vapore/carbonio (rsc). Dopo un'indagine, si è scoperto che il sistema suggerito aveva un'efficienza energetica ed exergetica rispettivamente di circa il 66.21% e il 59.5%. Secondo i risultati dell'analisi exergetica, il MCFC e il postcombustore si sono classificati al primo posto in termini di distruzione exergetica (rispettivamente 93.12 MW e 22.4 MW). I risultati dell’ottimizzazione a tre obiettivi rivelano anche che il punto di soluzione più ottimale ha un’efficienza exergetica del 59.5%, un tasso di costo totale di 11.7 ($/gigajoule) ed un’emissione di CO2 di 0.58 tonnellate/MWh.