Высокотемпературные топливные элементы с расплавленным карбонатом приближаются к масштабу

Энергия топливной ячейки (FCE) разрабатывает высокотемпературные топливные элементы, которые могут работать на природном газе и угле для повышения эффективности и более чистой энергии. Фирма из Коннектикута разработала новый тип топливного элемента, в котором используются расплавленные карбонатные электролиты. Этот электрохимический элемент может улавливать CO2 из дымовых газов электростанции, одновременно вырабатывая дополнительную электроэнергию из природного газа, угля или других видов топлива. Компания имеет более 100 патентов США на топливные элементы, именитых партнеров и стремительно растущий курс акций. Чего у нее пока нет, так это прибыли или выдающегося проекта, показывающего, что ее технология окупается в коммерческом масштабе.

Топливный элемент — это устройство, которое вырабатывает электричество посредством электрохимической реакции, а не сгорания. Некоторые утверждают, что получение тепла из водорода без сжигания является уникальным или волшебным явлением.

Реальные энергетические решения измеряют показатели, чтобы определить, являются ли они экономически выгодными для замены всей угольной горелки или добавления топливного элемента рядом с угольной электростанцией. Топливные элементы с расплавленным карбонатом четко определены с точки зрения науки, техники, экономики и масштабируемости. Есть претенденты, которые не определены и не проводят прозрачных инженерных расчетов и расчетов стоимости, а также не работают над прояснением фактических потенциальных выгод.

Топливные элементы с расплавленным карбонатом (MCFC) представляют собой высокотемпературные топливные элементы, работающие при температуре 600 °C и выше.

Топливные элементы с расплавленным карбонатом (MCFC) были разработаны для природного газа, биогаза (полученного в результате анаэробного сбраживания или газификации биомассы) и угольных электростанций для электроэнергетических, промышленных и военных применений. MCFC представляют собой высокотемпературные топливные элементы, в которых используется электролит, состоящий из расплавленной смеси карбонатных солей, взвешенных в пористой, химически инертной керамической матрице твердого электролита из бета-глинозема (BASE). Поскольку они работают при чрезвычайно высоких температурах 650 ° C (примерно 1,200 ° F) и выше, в качестве катализаторов на аноде и катоде можно использовать недрагоценные [сомнительные] металлы, что снижает затраты.

Повышенная эффективность — еще одна причина, по которой MCFC обеспечивают значительное снижение затрат по сравнению с топливными элементами на основе фосфорной кислоты (PAFC). Топливные элементы с расплавленным карбонатом могут достигать эффективности, приближающейся к 60%, что значительно выше, чем 37–42% эффективности завода по производству топливных элементов на основе фосфорной кислоты. Когда отработанное тепло улавливается и используется, общая эффективность использования топлива может достигать 85%.

Проектирование и оптимизация по трем критериям энергетической системы на основе MCFC с производством и закачкой водорода: усилия по минимизации выбросов углерода

Угроза быстрого истощения запасов ископаемого топлива и сброса загрязняющих веществ из-за истощения этих ресурсов имели катастрофические последствия для экосистемы. Использование эффективных энергетических систем, утилизация отработанного тепла из этих систем и сокращение циклов выбросов двуокиси углерода являются одним из подходов к предотвращению этой надвигающейся угрозы в этом контексте. В этой статье предлагается использовать электроэнергию, вырабатываемую в энергетическом цикле нижней абсорбции, для создания водорода для использования в энергетической системе на основе топливных элементов с расплавленным карбонатом. Система называется почти нулевым выбросом углерода, поскольку эффективное использование отработанного тепла позволяет максимально использовать водород и минимальное использование углеводородного топлива. Концепция почти нулевого углеродного цикла исследуется с точки зрения технологии, экономики и окружающей среды. Необходимо выполнить многокритериальную оптимизацию, чтобы установить оптимальную рабочую точку рассматриваемой системы для снижения затрат и выбросов CO2 при одновременном повышении эффективности. Параметрический анализ выполняется для выявления важных параметров конструкции, влияющих на производительность рассматриваемой системы. В число исследуемых факторов входят коэффициент использования топлива, плотность тока, температура дымовой трубы (Tстек) и отношение пара к углероду (rsc). В ходе исследования было обнаружено, что предлагаемая система имеет энергетический и эксергетический КПД около 66.21% и 59.5% соответственно. По данным эксергетического анализа, MCFC и форсажная камера заняли первое место по показателю эксергетического разрушения (93.12 МВт и 22.4 МВт соответственно). Результаты трехкритериальной оптимизации также показывают, что наиболее оптимальная точка решения имеет эксергетический КПД 59.5%, общую норму затрат 11.7 (долларов США/гигаджоуль) и выбросы CO2 0.58 тонн/МВтч.