Original: http://news.mit.edu/2016/hybrid-system-could-cut-coal-plant-emissions-half-0404
На цьому малюнку зображена можлива конфігурація об’єднаної системи, запропонованої дослідниками з Массачусетського інституту технологій. У нижній частині, пар (рожеві стрілки) проходить через пилоподібний вугілля, вивільняючи газоподібного палива (червоні стрілки) з водню і окису вуглецю. Це паливо переходить в твердотільного окисного паливного елемента (диски, поблизу вершини), де він вступає в реакцію з киснем повітря (сині стрілки) для виробництва електроенергії (контур праворуч).
Ілюстрація: Джеффрі Ханна
Поєднання газифікації з використанням технології паливних елементів може підвищити ефективність вугільних живлення рослин.
Девід Л. Чандлер | Офіс новин Массачусетського інституту технологій
4 квітня 2016 року
Більшість країн світу погодилися внести істотні скорочення своїх викидів парникових газів, але досягнення цих цілей, як і раніше є значним технологічним, економічним і політичним викликом. Міжнародне енергетичне агентство прогнозує, що, навіть з урахуванням нових угод в місці, глобальне виробництво електроенергії на вугіллі зростатиме протягом наступних кількох десятиліть. Виявлення більш чистого способу використання вугілля, що може стати важливим кроком на шляху досягнення мети скорочення викидів вуглецю – при одночасному задоволенні потреб зростаючого і все більш промислово населення світу.
Тепер дослідники Массачусетського інституту технологій придумали план, який міг би внести свій вклад в цю роботу, роблячи можливим для вироблення електроенергії з вугілля з набагато більшою ефективністю – можливо досягти стільки, скільки в два рази ефективніше палива до електрики сучасних звичайних вугільних електростанцій. Це означало б, при інших рівних умовах, зниження на 50 відсотків викидів вуглекислого газу для даної кількості виробленої енергії.
Концепція, запропонована докторантом Массачусетського інституту технологій Кетрін Онг і Рональдом С. Крейном (1972), професором Ахмедом Гонімом, описаний в своїй статті в Журналі джерел енергії. Ключ об’єднання в єдину систему двох добре відомих технологій: газифікація вугілля і паливних елементів.
Газифікація вугілля є спосіб вилучення вигоряє газоподібного палива з пилоподібного вугілля, а не спалювання самого вугілля. Методика широко використовується в хімічних заводах з переробки в якості способу отримання газоподібного водню. Паливні елементи виробляють електроенергію з газоподібного палива, пропускаючи його через батарею, як система, в якій паливо вступає в реакцію з хімічно киснем повітря.
Привабливість поєднання цих двох систем, Ong пояснює, що обидва процеси працюють при високих температурах так само від 800 градусів за Цельсієм або більше. Об’єднання їх в одному заводі, таким чином, дозволить двом компонентам обмінюватися теплом з мінімальними втратами енергії. Насправді, паливний елемент буде генерувати достатню кількість тепла, щоб витримати газифікація частина процесу, говорить вона, усуваючи необхідність в окремій системі опалення, яка зазвичай забезпечується спалювання частина вугілля.
Газифікація вугілля, сам по собі, працює при більш низькій температурі, ніж спалювання і “більш ефективно, ніж при спалюванні”, – говорить Онг. По-перше, вугілля подрібнюють в порошок, який потім нагрівають в потоці гарячого пара, декілька як попкорн ядер нагрівають в повітряної Поппера. Тепло призводить до хімічних реакцій, які виділяють гази з вугільних частинок – в основному окису вуглецю і водню, обидва з яких можуть виробляти електрику в твердотільного окисного паливного елемента.
У комбінованій системі, ці гази будуть потім по трубопроводу з газифікатора в окремий блок паливного елемента, або, в кінцевому рахунку, система паливних елементів може бути встановлена в тій же камері, що і газифікатор так, що гарячий газ тече прямо в клітку. У паливному елементі мембрана відокремлює монооксиду вуглецю і водню з киснем, сприяючи електрохімічної реакції, яка генерує електрику без спалювання палива.
Так як не існує горіння бере участь, система виробляє менше золи та інших забруднювачів повітря, ніж мав би місце при згорянні. Це дійсно виробляє вуглекислий газ, але це в чистому, незабрудненій потоці і не змішується з повітрям, як і в звичайній установці для спалювання вугілля. Це зробило б його набагато легше здійснити захоплення і зберігання вуглецю (CCS) – тобто, захопивши здобич газу і поховання його під землею або складувати іншим способом – усунути або різко скоротити викиди парникових газів. У звичайних заводах, азот з повітря, повинні бути видалені з потоку газу, з тим, щоб здійснювати CCS.
Одне з найбільших питань, відповіді цим новим дослідженням, які використовували моделювання, а не лабораторних експериментів, чи був процес працювати більш ефективно, використовуючи пар або діоксид вуглецю реагує з частинками вугілля. Обидва методи широко використовуються, але в більшості попередніх спроби вивчити газифікацію в поєднанні з паливними елементами вибрав варіант діоксиду вуглецю. Це нове дослідження показує, що система виробляє два-три рази більше потужності, коли пара використовується замість цього.
Звичайні вугільних електростанцій, як правило, мають дуже низьку ефективність; тільки 30 відсотків енергії, що міститься в паливі практично перетворюється в електрику. Для порівняння, пропонована комбінована система клітин і газифікації палива може досягати ефективності настільки ж високо як 55 до 60 відсотків, каже Онг, відповідно до моделюванням.
Наступним кроком було б побудувати невеликий, дослідно-промислові установки для вимірювання продуктивності гібридної системи в реальних умовах, говорить Онг. Тому що все добре розроблені окремі технології компонент, операційна система повномасштабної правдоподібно може бути побудований протягом декількох років, каже вона. “Ця система не вимагає яких-небудь нових технологій”, які вимагають більше часу для розвитку, каже вона. “Це всього лише питання взаємодії цих існуючих технологій разом добре”.
Система буде дорожче, ніж у існуючих заводів, каже вона, але початкові капітальні вкладення можуть бути погашені протягом декількох років через ефективності системи державою в найсучасніших. І з огляду на важливість скорочення викидів, що початковий капітальні витрати можуть бути легко виправдати, особливо якщо нові тарифи прив’язані до викиду вуглекислого газу за рахунок викопного палива.
“Якщо ми збираємося скоротити викиди вуглекислого газу в найближчій перспективі, єдиний спосіб реально зробити це, щоб підвищити ефективність наших на викопному паливі”, – говорить вона.
“Дослідження нетрадиційних гібридних циклів”, що проводяться Онг і Гонімом “являє собою майбутнє виробництва екологічно чистої енергії в цій країні”, – говорить Девід Такер, науковий співробітник відділу США Національної лабораторії енергетичних технологій енергетики в Західній Вірджинії, який не був участь в цьому дослідженні. “Багато технологій, які можуть здатися нездійсненним на перший погляд, найбільш перспективні в якості вирішення складних проблем. Перший крок завжди, щоб оцінити потенціал цих циклів, “як команда Массачусетського інституту технологій зробив, говорить він.
Reprinted with permission of MIT News
