จีนสร้างเทคโนโลยีที่แปลงถ่านหินเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยมีการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกือบทั้งหมด

นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนได้พัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงที่ผลิตกระแสไฟฟ้าได้โดยตรงจากถ่านหิน ระบบจะหลีกเลี่ยงการเผาไหม้เชื้อเพลิงแบบเดิมๆ และดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ผลิตได้ นวัตกรรมดังกล่าวปูทางไปสู่การใช้แหล่งพลังงานที่มีอยู่อย่างอุดมสมบูรณ์ที่สุดแหล่งหนึ่งของประเทศให้สะอาดขึ้น

เทคโนโลยีที่เรียกว่า ZC-DCFC สร้างขึ้นโดยทีมที่นำโดยนักวิจัย Xie Heping จากมหาวิทยาลัยเซินเจิ้นและ Chinese Academy of Sciences แทนที่จะสร้างความร้อนและควัน กระบวนการนี้ใช้ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าที่ได้รับการควบคุม ถ่านหินผ่านการเตรียมการเฉพาะก่อนเข้าสู่ระบบ

การเตรียมถ่านหินเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของระบบใหม่

ถ่านหินจะต้องบด ตากแห้ง ทำให้บริสุทธิ์ และบำบัดก่อนจะใส่เข้าไปในห้องแอโนด ขั้นตอนนี้รับประกันปฏิกิริยาที่เสถียรและการผลิตพลังงานที่สม่ำเสมอ ออกซิเจนเข้าสู่แคโทดและเมมเบรนออกไซด์จะแยกช่องต่างๆ

ปฏิกิริยานี้จะสร้างกระแสไฟฟ้าโดยไม่มีกังหันไอน้ำหรือการเผาไหม้ ผลพลอยได้หลักคือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งยังคงอยู่ในระบบ คุณสมบัตินี้ทำให้อุปกรณ์แตกต่างจากโรงงานทั่วไป ซึ่งปล่อยก๊าซปริมาณมากออกสู่ชั้นบรรยากาศ

• ถ่านหินถูกบดเพื่อเพิ่มพื้นที่สัมผัส
• วัสดุผ่านการทำให้แห้งและการทำให้บริสุทธิ์อย่างเข้มงวด
• การปรับสภาพล่วงหน้าช่วยให้มั่นใจถึงความเสถียรของปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี
• ระบบทำงานโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงเหมือนกับการเผาแบบดั้งเดิม

การเตรียมการอย่างรอบคอบช่วยลดปัญหาคุณภาพน้ำมันเชื้อเพลิง ซึ่งเป็นความท้าทายที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบเดิม

การจับ CO2 ช่วยให้สามารถเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์เคมีได้

คาร์บอนไดออกไซด์ที่จับได้จะไม่ถูกปล่อยออกมา มันสามารถแปลงเป็นปัจจัยการผลิตทางเคมี เช่น ก๊าซสังเคราะห์ หรือทำให้เป็นแร่เป็นโซเดียมไบคาร์บอเนต ฟังก์ชั่นคู่นี้เปลี่ยนถ่านหินให้เป็นแหล่งพลังงานและวัตถุดิบในเวลาเดียวกัน

Xie Heping เน้นย้ำว่ากระบวนการนี้ท้าทายมุมมองดั้งเดิมที่ว่าถ่านหินและการปล่อยมลพิษต่ำนั้นเข้ากันไม่ได้ เซลล์ผสมผสานการผลิตไฟฟ้ากับการรีไซเคิลคาร์บอนไว้ในอุปกรณ์ชิ้นเดียว การทดสอบเบื้องต้นแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่น่าหวัง แม้ว่าจะยังอยู่ในระดับการทดลองก็ตาม

ระบบนี้แสดงถึงการปรับปรุงให้ดีขึ้นกว่าโรงไฟฟ้าถ่านหินในปัจจุบัน ซึ่งต้องอาศัยการเผาไหม้และเผชิญกับแรงกดดันที่เพิ่มขึ้นเพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ภูมิภาคที่พึ่งพาถ่านหินอาจพบว่าเทคโนโลยีนี้เป็นสะพานเชื่อมสู่การดำเนินงานที่ยั่งยืนมากขึ้น

ศักยภาพทางอุตสาหกรรมยังคงต้องมีการตรวจสอบความถูกต้องในวงกว้าง

ทีมงานเน้นย้ำว่า ZC-DCFC อยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา ขณะนี้นักวิจัยกำลังพยายามขยายขนาดต้นแบบสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรม ความท้าทายต่างๆ ได้แก่ ความทนทานของวัสดุ ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน และการบูรณาการเข้ากับโครงข่ายไฟฟ้าที่มีอยู่

ถึงกระนั้นก็ตาม แนวคิดนี้ก็ได้รับความสนใจจากนานาชาติอยู่แล้ว ประเทศที่มีปริมาณสำรองถ่านหินจำนวนมากติดตามผลของจีน ความเป็นไปได้ในการรักษาการใช้เชื้อเพลิงโดยไม่ส่งผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศโดยตรงจะเปลี่ยนแปลงการคำนวณทางเศรษฐกิจของการเปลี่ยนแปลงพลังงาน

ผู้เชี่ยวชาญสังเกตว่านวัตกรรมไม่ได้ขจัดความจำเป็นในการขยายแหล่งพลังงานหมุนเวียน อย่างไรก็ตาม จะให้ทางเลือกอื่นสำหรับช่วงเปลี่ยนผ่าน ในขณะที่แบตเตอรี่ แสงอาทิตย์ และลมได้รับมาตราส่วน

กระบวนการไฟฟ้าเคมีเอาชนะข้อจำกัดของการเผาไหม้แบบเดิมๆ

เซลล์เชื้อเพลิงจะผลิตกระแสไฟฟ้าได้โดยตรงมากกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนซึ่งสูญเสียพลังงานในการแปลงหลายครั้ง ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่อุณหภูมิที่ควบคุมได้และก่อให้เกิดของเสียจากความร้อนน้อยลง CO2 ที่ดักจับออกมาจะบริสุทธิ์ ทำให้ใช้งานหรือจัดเก็บได้ง่ายขึ้น

คุณลักษณะนี้ช่วยลดต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับการดักจับคาร์บอนเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการดัดแปลงในโรงงานเก่า ถ่านหินที่ผ่านการบำบัดแล้วจะทำปฏิกิริยาในลักษณะที่คาดการณ์ได้ ซึ่งช่วยปรับปรุงการควบคุมการปฏิบัติงาน

การตีพิมพ์ผลลัพธ์ในวารสารวิทยาศาสตร์อันทรงเกียรติช่วยตอกย้ำความน่าเชื่อถือของผลงาน ทีมงานยังคงปรับปรุงส่วนประกอบต่างๆ อย่างต่อเนื่องเพื่อเพิ่มอายุการใช้งานของเซลล์และลดต้นทุนการผลิต

การพัฒนาดังกล่าวเกิดขึ้นในขณะที่จีนขยายกำลังการผลิตไฟฟ้าจากถ่านหินไปพร้อมๆ กับการลงทุนจำนวนมากในพลังงานหมุนเวียน เทคโนโลยีใหม่สามารถช่วยประสานความเป็นจริงทั้งสองได้

ผลกระทบทั่วโลกขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในอนาคต

ประเทศที่มีเมทริกซ์พลังงานจากถ่านหินติดตามความก้าวหน้าของจีน ศักยภาพในการนำ CO2 กลับมาใช้ใหม่ในอุตสาหกรรมเคมีช่วยเพิ่มความสนใจทางการค้า ตัวอย่างเช่น โซเดียมไบคาร์บอเนต มีการใช้งานในหลายภาคส่วน

นวัตกรรมยังคงต้องพิสูจน์ความมีชีวิตทางเศรษฐกิจในวงกว้าง ต้นทุนก่อนการบำบัดและวัสดุเมมเบรนเป็นจุดสนใจ อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์เบื้องต้นบ่งชี้ว่าถ่านหินอาจมีบทบาทที่แตกต่างออกไปในอนาคตของการผลิตพลังงาน

นักวิจัยยังคงทำงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานต่อไป ขั้นตอนต่อไปได้แก่การทดสอบโมดูลขนาดใหญ่และการบูรณาการกับระบบจำหน่าย วัตถุประสงค์คือเพื่อเปลี่ยนต้นแบบให้เป็นโซลูชันที่สามารถใช้ได้กับโรงงานที่มีอยู่หรือการติดตั้งใหม่