Chinesische Wissenschaftler haben die erste kohlebetriebene Brennstoffzelle ihrer Art gebaut, die möglicherweise Kohlendioxidemissionen eliminiert – ein Fortschritt, der zu besseren Konzepten für Wärmekraftwerke führen könnte.
Herkömmliche Methoden zur Stromerzeugung aus Kohle haben einen hohen CO2-Fußabdruck und verursachen große Mengen an Luftschadstoffen.
Da sich das Pariser Klimaabkommen in den letzten zehn Jahren zu einem globalen Konsens entwickelt hat, der CO2-Neutralität vorschreibt, sind Entwicklungsländer bestrebt, saubere, hocheffiziente und nachhaltige Energie mit Technologien ohne CO2-Emissionen zu erzeugen.
Jetzt haben Wissenschaftler der Universität Shenzhen eine angeblich emissionsfreie Kohlebrennstoffzelle (ZC-DCFC) gebaut.
Anstatt Kohle zu verbrennen, um Dampf für den Betrieb einer Turbine zu erzeugen, basiert das Design auf der Pulverisierung und Trocknung der Kohle sowie einer speziellen Vorbehandlung, bevor sie in die Anodenkammer einer Brennstoffzelle eingespeist wird.
Der Kathode der Zelle wird Sauerstoff zugeführt, wodurch die Kohle in der Anode über eine Oxidmembran elektrochemisch oxidiert wird.
Bei der Reaktion entsteht Kohlendioxidgas, das im Brennstoffzellensystem selbst aufgefangen und in Ausgangsstoffe für andere wertvolle Chemikalien wie Synthesegas umgewandelt wird.
Laut Wissenschaftlern kann die Zelle Energie mit einem Wirkungsgrad von bis zu 40 Prozent erzeugen.
„Im ZC-DCFC ermöglicht es durch die Vermeidung der mit Verbrennungs- und Wärmekraftmaschinen verbundenen Effizienzverluste einen wesentlich höheren theoretischen Wirkungsgrad“, heißt es in der neuen, in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Energiebewertungen.
Frühere Modelle von Brennstoffzellen, die versuchten, Kohlenstoff direkt in Energie umzuwandeln, hatten eine kurze Betriebslebensdauer und eine geringe Leistungsdichte.
Das neueste Design überwindet diese Herausforderungen, indem es in Form von Stapeln skalierbar ist und eine höhere Effizienz bei der Umwandlung von Kohlenstoff in Energie aufweist, sagen Wissenschaftler.
„Diese Perspektive schlägt das Konzept CO2-freier direkter Kohlebrennstoffzellen zur Stromerzeugung als disruptives technologisches Paradigma für eine effiziente Kohlenutzung vor“, heißt es in der Studie.
„Es wird erwartet, dass ZC-DCFC einen neuen Weg für die nahezu emissionsfreie Kohlenutzung eröffnet und Kohle von einem traditionellen fossilen Brennstoff in eine machbare saubere Energiequelle umwandelt.“
Wissenschaftler hoffen, dass zukünftige Studien dazu beitragen können, geeignete Anwendungsszenarien für ZC-DCFCs im Energiesektor zu identifizieren.
Weltweit werden derzeit oberflächennahe Kohlereserven rasch erschöpft, wodurch die Kohleförderung in Tiefen von mehr als 2.000 m getrieben wird
In einem solchen Szenario schlagen Forscher ZC-DCFCs für die Umwandlung und hocheffiziente Nutzung von Kohle direkt aus diesen tiefen geologischen Umgebungen zur Stromerzeugung vor.
