طور علماء صينيون خلية وقود تولد الكهرباء مباشرة من الفحم. يتجنب النظام حرق الوقود التقليدي ويلتقط ثاني أكسيد الكربون الناتج. ويمهد هذا الابتكار الطريق لاستخدام أنظف لواحد من مصادر الطاقة الأكثر وفرة في البلاد.
تم إنشاء هذه التكنولوجيا، التي تسمى ZC-DCFC، من قبل فريق بقيادة الباحث شيه هيبينج، من جامعة شنتشن والأكاديمية الصينية للعلوم. بدلاً من توليد الحرارة والدخان، تستخدم العملية تفاعلًا كهروكيميائيًا خاضعًا للرقابة. يخضع الفحم لتحضيرات محددة قبل دخوله إلى النظام.
يحدد إعداد الفحم كفاءة النظام الجديد
يجب طحن الفحم وتجفيفه وتنقيته ومعالجته قبل إدخاله في غرفة الأنود. تضمن هذه الخطوة تفاعلات مستقرة وإنتاجًا ثابتًا للطاقة. يدخل الأكسجين عبر الكاثود ويفصل غشاء الأكسيد بين الأجزاء.
ويولد التفاعل الكهرباء بدون توربينات بخارية أو احتراق. المنتج الثانوي الرئيسي هو ثاني أكسيد الكربون عالي النقاء، والذي يتم الاحتفاظ به في النظام. وتميز هذه الميزة الجهاز عن المحطات التقليدية التي تطلق كميات كبيرة من الغازات في الغلاف الجوي.
- يتم سحق الفحم لزيادة مساحة الاتصال
- تخضع المادة لعملية تجفيف وتنقية صارمة
- المعالجة المسبقة تضمن استقرار التفاعل الكهروكيميائي
- يعمل النظام دون اختلافات شائعة في الحرق التقليدي
الإعداد الدقيق يقلل من مشكلات جودة الوقود، وهو تحدٍ متكرر في محطات الطاقة الحرارية التقليدية.
يسمح احتجاز ثاني أكسيد الكربون بالتحول إلى منتجات كيميائية
لا يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون المحتجز. ويمكن تحويله إلى مدخلات كيميائية، مثل غاز التخليق، أو تمعدنه إلى بيكربونات الصوديوم. تعمل هذه الوظيفة المزدوجة على تحويل الفحم إلى مصدر للطاقة والمواد الخام في نفس الوقت.
وشدد شيه هيبينج على أن هذه العملية تتحدى وجهة النظر التقليدية القائلة بأن الفحم والانبعاثات المنخفضة غير متوافقين. تجمع الخلية بين توليد الكهرباء وإعادة تدوير الكربون في قطعة واحدة من المعدات. وتظهر الاختبارات الأولية كفاءة واعدة، على الرغم من أنها لا تزال على نطاق تجريبي.
ويمثل هذا النظام تحسنا مقارنة بمحطات الفحم الحالية، التي تعتمد على الاحتراق وتواجه ضغوطا متزايدة للحد من الانبعاثات. وقد تجد المناطق المعتمدة على الفحم أن هذه التكنولوجيا بمثابة جسر لعمليات أكثر استدامة.
لا تزال الإمكانات الصناعية تتطلب التحقق على نطاق واسع
ويؤكد الفريق أن ZC-DCFC في المرحلة الأولية من التطوير. ويسعى الباحثون الآن إلى توسيع نطاق النموذج الأولي للتطبيقات الصناعية. وتشمل التحديات متانة المواد وتكاليف التشغيل والتكامل مع الشبكات الكهربائية الحالية.
ومع ذلك، فإن هذا المفهوم يجذب بالفعل الاهتمام الدولي. الدول التي لديها احتياطيات كبيرة من الفحم تتبع النتائج الصينية. إن إمكانية الحفاظ على استخدام الوقود دون التأثير المباشر على المناخ تغير الحسابات الاقتصادية لتحولات الطاقة.
ويشير الخبراء إلى أن الابتكار لا يلغي الحاجة إلى التوسع في مصادر الطاقة المتجددة. ومع ذلك، فهي توفر بديلاً للفترة الانتقالية بينما تكتسب البطاريات والطاقة الشمسية وطاقة الرياح حجمًا أكبر.
تتغلب العملية الكهروكيميائية على قيود الحرق التقليدي
وعلى عكس محطات الطاقة الحرارية، التي تفقد الطاقة في تحويلات متعددة، فإن خلية الوقود تولد الكهرباء بشكل مباشر أكثر. يحدث التفاعل عند درجات حرارة يتم التحكم فيها وينتج نفايات حرارية أقل. يخرج ثاني أكسيد الكربون الملتقط نقيًا، مما يسهل استخدامه أو تخزينه.
تعمل هذه الميزة على تقليل التكلفة المرتبطة باحتجاز الكربون مقارنة بطرق التعديل التحديثي في المصانع القديمة. يتفاعل الفحم المعالج بطريقة يمكن التنبؤ بها، مما يحسن التحكم التشغيلي.
إن نشر النتائج في مجلة علمية مرموقة يعزز مصداقية العمل. ويواصل الفريق تحسين المكونات لزيادة عمر الخلية وتقليل تكاليف التصنيع.
ويأتي هذا التطور في الوقت الذي تعمل فيه الصين على توسيع قدرة توليد الطاقة بالفحم مع الاستثمار بكثافة في مصادر الطاقة المتجددة. ويمكن للتكنولوجيا الجديدة أن تساعد في التوفيق بين الواقعين.
يعتمد التأثير العالمي على التقدم التكنولوجي المستقبلي
إن الدول التي تعتمد مصفوفة الطاقة المعتمدة على الفحم تتبع التقدم الصيني. إن إمكانية إعادة استخدام ثاني أكسيد الكربون في الصناعات الكيميائية تزيد من الاهتمام التجاري. وبيكربونات الصوديوم، على سبيل المثال، لها تطبيقات في العديد من القطاعات.
ولا يزال الابتكار بحاجة إلى إثبات الجدوى الاقتصادية على نطاق واسع. تعتبر تكاليف المعالجة المسبقة والمواد الغشائية من نقاط الاهتمام. ومع ذلك، تشير النتائج الأولية إلى أن الفحم قد يكون له دور مختلف في مستقبل توليد الطاقة.
يواصل الباحثون العمل على تحسين الأداء. تتضمن الخطوات التالية اختبار وحدات أكبر والتكامل مع أنظمة التوزيع. الهدف هو تحويل النموذج الأولي إلى حل ينطبق على المصانع الموجودة أو المنشآت الجديدة.
