เซลล์เชื้อเพลิงที่มีอุณหภูมิสูงคาร์บอเนตหลอมเหลวเริ่มปรับขนาด

เชื้อเพลิงเซลล์พลังงาน (FCE) กำลังพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงอุณหภูมิสูงที่สามารถทำงานร่วมกับโรงงานก๊าซธรรมชาติและถ่านหินเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและพลังงานสะอาดขึ้น บริษัทในคอนเนตทิคัตได้พัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงรูปแบบใหม่ที่ใช้อิเล็กโทรไลต์คาร์บอเนตหลอมเหลว เซลล์ไฟฟ้าเคมีนี้สามารถดักจับ CO2 จากก๊าซไอเสียของโรงไฟฟ้าในขณะที่ผลิตไฟฟ้าเพิ่มเติมจากก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน หรือเชื้อเพลิงอื่นๆ บริษัทมีสิทธิบัตรเซลล์เชื้อเพลิงของสหรัฐอเมริกามากกว่า 100 รายการ พันธมิตรที่มีชื่อเสียง และราคาหุ้นที่พุ่งสูงขึ้น สิ่งที่ยังไม่มีคือผลกำไรหรือโครงการปะรำที่แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีของตนได้รับผลตอบแทนในเชิงพาณิชย์

เซลล์เชื้อเพลิงเป็นอุปกรณ์ที่สร้างกระแสไฟฟ้าผ่านปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า ไม่ใช่การเผาไหม้ มีบางคนอ้างว่าการผลิตความร้อนจากไฮโดรเจนโดยไม่เผาไหม้นั้นมีลักษณะเฉพาะหรือมีมนต์ขลัง

โซลูชันด้านพลังงานที่แท้จริงได้วัดเมตริกเพื่อพิจารณาว่ามีความคุ้มค่าหรือไม่ที่จะเปลี่ยนหัวเผาถ่านหินทั้งหมดหรือเพิ่มเซลล์เชื้อเพลิงควบคู่ไปกับโรงไฟฟ้าถ่านหิน เซลล์เชื้อเพลิงคาร์บอเนตหลอมเหลวมีการกำหนดไว้อย่างชัดเจนในแง่ของวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ เศรษฐศาสตร์ และความสามารถในการปรับขนาด มีผู้อ้างสิทธิ์ที่ไม่ได้กำหนดไว้และไม่ได้ดำเนินการออกแบบทางวิศวกรรมที่โปร่งใสและการศึกษาต้นทุน และไม่ได้ดำเนินการเพื่อชี้แจงผลประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นจริง

เซลล์เชื้อเพลิงหลอมละลายคาร์บอเนต (MCFCs) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่มีอุณหภูมิสูงซึ่งทำงานที่อุณหภูมิ 600 °C ขึ้นไป

เซลล์เชื้อเพลิงคาร์บอเนตหลอมเหลว (MCFCs) ได้รับการพัฒนาสำหรับก๊าซธรรมชาติ ก๊าซชีวภาพ (ที่ผลิตขึ้นจากการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนหรือการแปรสภาพเป็นแก๊สชีวมวล) และโรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินสำหรับสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้า อุตสาหกรรม และการทหาร MCFCs คือเซลล์เชื้อเพลิงอุณหภูมิสูงที่ใช้อิเล็กโทรไลต์ที่ประกอบด้วยเกลือคาร์บอเนตที่หลอมละลายซึ่งแขวนลอยอยู่ในเมทริกซ์เซรามิกเฉื่อยทางเคมีที่มีรูพรุนของอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งเบตา-อลูมินา (BASE) เนื่องจากพวกมันทำงานที่อุณหภูมิสูงมากถึง 650 °C (ประมาณ 1,200 °F) ขึ้นไป จึงสามารถใช้โลหะที่ไม่มีค่า [สงสัย - อภิปราย] เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ขั้วบวกและแคโทด ซึ่งช่วยลดต้นทุนได้

ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นเป็นอีกเหตุผลหนึ่งที่ MCFCs เสนอการลดต้นทุนอย่างมีนัยสำคัญเหนือเซลล์เชื้อเพลิงกรดฟอสฟอริก (PAFCs) เซลล์เชื้อเพลิงคาร์บอเนตหลอมเหลวสามารถบรรลุประสิทธิภาพที่ใกล้ถึง 60% ซึ่งสูงกว่าประสิทธิภาพ 37–42% ของโรงงานผลิตเซลล์เชื้อเพลิงกรดฟอสฟอริกอย่างมาก เมื่อจับและใช้ความร้อนเหลือทิ้ง ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงโดยรวมอาจสูงถึง 85%

การออกแบบและการเพิ่มประสิทธิภาพสามเกณฑ์ของระบบพลังงานที่ใช้ MCFC พร้อมการผลิตและการฉีดไฮโดรเจน: ความพยายามที่จะลดการปล่อยคาร์บอน

การคุกคามของปริมาณสำรองเชื้อเพลิงฟอสซิลที่หมดลงอย่างรวดเร็วและการปล่อยมลพิษอันเนื่องมาจากการหมดสิ้นของทรัพยากรเหล่านี้ได้ส่งผลกระทบร้ายแรงต่อระบบนิเวศ การใช้ระบบพลังงานที่มีประสิทธิภาพ การนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่จากระบบเหล่านี้ และรอบการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ลดลงเป็นวิธีหนึ่งในการหลีกเลี่ยงภัยคุกคามที่ปรากฏขึ้นในบริบทนี้ มีการเสนอในบทความนี้เพื่อใช้ไฟฟ้าที่เกิดจากวัฏจักรการดูดกลืนที่จุดต่ำสุดเพื่อสร้างไฮโดรเจนเพื่อใช้ในระบบพลังงานที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงคาร์บอเนตที่หลอมละลาย ระบบนี้เรียกว่าคาร์บอนใกล้ศูนย์ เนื่องจากการใช้ความร้อนทิ้งอย่างมีประสิทธิภาพช่วยให้สามารถใช้ไฮโดรเจนสูงสุดและเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนขั้นต่ำได้ แนวคิดของวัฏจักรคาร์บอนใกล้ศูนย์กำลังถูกสำรวจจากมุมมองของเทคโนโลยี เศรษฐศาสตร์ และสิ่งแวดล้อม จำเป็นต้องทำการเพิ่มประสิทธิภาพตามเกณฑ์หลายเกณฑ์เพื่อสร้างจุดปฏิบัติการที่เหมาะสมที่สุดของระบบภายใต้การพิจารณาเพื่อลดต้นทุนและการปล่อย CO2 ในขณะที่เพิ่มประสิทธิภาพไปพร้อม ๆ กัน การวิเคราะห์พารามิเตอร์จะดำเนินการเพื่อค้นหาพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบภายใต้การพิจารณา ปัจจัยที่อยู่ระหว่างการตรวจสอบ ได้แก่ ปัจจัยการใช้เชื้อเพลิง ความหนาแน่นกระแส อุณหภูมิปล่อง (Tstack) และอัตราส่วนไอน้ำต่อคาร์บอน (rsc) จากการตรวจสอบพบว่าระบบที่แนะนำมีประสิทธิภาพด้านพลังงานและการออกกำลังประมาณ 66.21% และ 59.5% ตามลำดับ จากผลการวิเคราะห์ exergy MCFC และ afterburner อยู่ในอันดับสูงสุดในแง่ของการทำลาย exergy (93.12 MW และ 22.4 MW ตามลำดับ) การค้นพบการเพิ่มประสิทธิภาพแบบไตรวัตถุประสงค์ยังเผยให้เห็นว่าจุดโซลูชันที่เหมาะสมที่สุดมีประสิทธิภาพ exergy 59.5% อัตราต้นทุนรวม 11.7 ($/กิกะจูล) และการปล่อย CO2 0.58 ตัน/MWh