Visokotemperaturne gorivne celice iz staljenega karbonata v obsegu

Energija gorivnih celic (FCE) razvija visokotemperaturne gorivne celice, ki lahko delujejo z elektrarnami na zemeljski plin in premog za izboljšanje učinkovitosti in čistejšo energijo. Podjetje s sedežem v Connecticutu je razvilo novo vrsto gorivne celice, ki uporablja staljene karbonatne elektrolite. Ta elektrokemična celica lahko zajema CO2 iz dimnih plinov elektrarne, hkrati pa proizvaja dodatno električno energijo iz zemeljskega plina, premoga ali drugih goriv. Podjetje ima več kot 100 ameriških patentov za gorivne celice, znane partnerje in hitro rastočo ceno delnic. Česar še nima, so dobički ali projekt šotora, ki dokazuje, da se njegova tehnologija izplača v komercialnem obsegu.

Gorivna celica je naprava, ki proizvaja elektriko z elektrokemično reakcijo, ne z zgorevanjem. Nekateri trdijo, da je pridobivanje toplote iz vodika brez zgorevanja edinstveno ali čarobno.

Resnične energetske rešitve so izmerile metrike, da bi ugotovile, ali je gospodarno zamenjati celoten gorilnik na premog ali dodati gorivno celico ob elektrarni na premog. Gorivne celice iz staljenega karbonata so jasno opredeljene z vidika znanosti, tehnike, ekonomije in razširljivosti. Obstajajo kandidati, ki niso opredeljeni in ne izvajajo preglednega inženirskega načrtovanja in stroškovnih študij ter si ne prizadevajo razjasniti dejanskih potencialnih koristi.

Gorivne celice iz staljenega karbonata (MCFC) so visokotemperaturne gorivne celice, ki delujejo pri temperaturah 600 °C in več.

Staljene karbonatne gorivne celice (MCFC) so bile razvite za zemeljski plin, bioplin (proizveden kot rezultat anaerobne presnove ali uplinjanja biomase) in elektrarne na premog za električne, industrijske in vojaške namene. MCFC so visokotemperaturne gorivne celice, ki uporabljajo elektrolit, sestavljen iz mešanice staljene karbonatne soli, suspendirane v porozni, kemično inertni keramični matrici trdnega elektrolita iz beta-aluminijevega oksida (BASE). Ker delujejo pri izjemno visokih temperaturah 650 °C (približno 1,200 °F) in več, se lahko kot katalizatorji na anodi in katodi uporabljajo neplemenite [dvomne – razpravljajte] kovine, kar zmanjša stroške.

Izboljšana učinkovitost je še en razlog, da MCFC nudijo znatno znižanje stroškov v primerjavi z gorivnimi celicami s fosforno kislino (PAFC). Gorivne celice iz staljenega karbonata lahko dosežejo izkoristek, ki se približuje 60 %, kar je precej več kot 37–42 % izkoristek tovarne gorivnih celic s fosforno kislino. Ko se odpadna toplota zajame in uporabi, lahko skupni izkoristek goriva znaša kar 85 %.

Zasnova in optimizacija treh kriterijev energetskega sistema, ki temelji na MCFC, s proizvodnjo in vbrizgavanjem vodika: prizadevanje za zmanjšanje emisij ogljika

Grožnja hitrega izčrpanja zalog fosilnih goriv in izpust onesnaževal zaradi izčrpavanja teh virov je imela katastrofalne posledice za ekosistem. Uporaba učinkovitih energetskih sistemov, rekuperacija odpadne toplote iz teh sistemov in zmanjšani cikli emisij ogljikovega dioksida so eden od pristopov za preprečevanje te grozeče grožnje v tem kontekstu. V tem prispevku je predlagano, da se električna energija, proizvedena v ciklu moči absorpcije na dnu, uporabi za ustvarjanje vodika za uporabo v energetskem sistemu na osnovi staljenih karbonatnih gorivnih celic. Sistem se imenuje skoraj nič ogljika, saj učinkovita uporaba odpadne toplote omogoča največjo porabo vodika in minimalno porabo ogljikovodikov. Koncept skoraj ničelnega cikla ogljika se raziskuje z vidika tehnologije, ekonomije in okolja. Za določitev optimalne delovne točke obravnavanega sistema je treba izvesti večkriterijska optimizacija za zmanjšanje stroškov in emisij CO2 ob hkratnem povečanju učinkovitosti. Izvede se parametrična analiza, da se odkrijejo pomembni parametri načrtovanja, ki vplivajo na delovanje obravnavanega sistema. Med preiskovanimi dejavniki so vključeni faktor izkoriščenosti goriva, gostota toka, temperatura dimnika (Tstack) in razmerje med paro in ogljikom (rsc). Po preiskavi je bilo ugotovljeno, da ima predlagani sistem energijsko in eksergijsko učinkovitost okoli 66.21 % oziroma 59.5 %. Po ugotovitvah eksergijske analize sta se glede eksergijske destrukcije najvišje uvrstila MCFC in naknadno zgorevanje (93.12 MW oziroma 22.4 MW). Ugotovitve optimizacije s tremi cilji prav tako razkrivajo, da ima najbolj optimalna točka rešitve eksergijski izkoristek 59.5 %, skupno stopnjo stroškov 11.7 ($/gigadžul) in emisijo CO2 0.58 tone/MWh.