Čínski vedci tvrdia, že z uhlia dokážu vyrábať elektrinu bez priamych emisií. Nová technológia nepotrebuje oheň ani turbíny
Výskumníci z Čínskej akadémie vied predstavili palivový článok ZC-DCFC, ktorý má potenciál priniesť čistú energiu bez toho, aby sa destabilizovala celá Čína.
Čína prišla s technológiou, ktorá mení pohľad na uhlie dosť zásadne. Namiesto jeho spaľovania navrhla systém, ktorý z neho vytiahne elektrinu elektrochemicky, čiže bez klasického ohňa, bez kotlov a bez turbín. Na vývoji pracoval tím vedený Xie Hepingom z Čínskej akadémie vied a výsledok nazvali ZC-DCFC (zero-carbon-emission direct coal fuel cell), teda „palivový článok s nulovými emisiami“.
Na prvý pohľad to znie ako ďalší laboratórny experiment, ale v čínskom kontexte dáva celý projekt oveľa väčší zmysel. Krajina stále spolieha na uhlie ako hlavný zdroj energie a má obrovské množstvo elektrární, ktoré ešte nepatria do starého železa. Problém je, že ak by ich všetky zo dňa na deň odstavili, spôsobilo by to obrovské narušenie energetickej stability krajiny.
Práve preto čínski vedci hľadali spôsob ako neodrezať uhlie, ale zmeniť spôsob jeho použitia, informuje Interesting Engineering. Namiesto spaľovania sa uhlie najprv rozomelie na jemný prášok, vyčistí a chemicky upraví. Potom vstúpi do anódovej časti palivového článku, kde prebehne elektrochemická reakcia s kyslíkom. Elektrina vznikne priamo, bez medzikrokov, ktoré sú samozrejmosťou pri klasických elektrárňach.
V bežnej uhoľnej elektrárni ide energia cez dlhú reťaz. Uhlie sa spaľuje, čím vzniká teplo, ktoré premieňa vodu na paru. Následne para roztáča turbínu, čo vytvára elektrinu. Pri každom kroku sa však stráca časť energie. Tento limit opisuje aj fyzikálny princíp známy ako Carnotova účinnosť, ktorá drží účinnosť tepelných motorov približne na úrovni okolo 40 %.
„Tento prístup eliminuje straty energie spojené s tepelnými procesmi,“ hovorí Xie.
Nový proces sa dokáže efektívne vysporiadať aj s odpadom
Jednoduchšie povedané, menej krokov znamená menej strát. Zaujímavé však nie je len to, ako vzniká elektrina, ale aj čo sa deje s odpadom. Uhlie stále obsahuje uhlík, ale aj síru, dusík a rôzne minerály.
Neprehliadni
V klasickej elektrárni tieto látky buď odletia do ovzdušia, alebo skončia v popole. V tomto prípade však nečistoty môžu poškodiť samotný článok. Preto je kľúčové, že výskumný tím pravdepodobne vyriešil jednu z najväčších slabín podobných technológií, odolnosť materiálov. Moderné anódy musia zvládnuť „špinavé“ uhlie bez rýchlej degradácie, inak by celý systém stratil zmysel.
Hoci nejde o spaľovanie, článok stále pracuje pri vysokých hodnotách, približne 600 až 900 °C. To umožní elektrolytu fungovať, ale zároveň vytvorí vedľajšie teplo, ktoré sa dá ďalej využiť.
Odpadové teplo môže nájsť ďalšie využitie
Ak sa toto odpadové teplo zachytí a použije napríklad v priemysle alebo na vykurovanie, celková účinnosť systému môže teoreticky presiahnuť 80 %. To je výrazný skok oproti klasickým elektrárňam, kde sa veľká časť energie stratí v chladení. Čína však zvolila uhlie aj z geopolitického dôvodu. Prechod na obnoviteľné zdroje, ako solárnu alebo veternú energiu, vyžaduje veľké množstvo batérií, technológií a vzácnych kovov, ktoré treba často dovážať.
Uhlie má Čína doma vo veľkom množstve, a preto dáva zmysel hľadať spôsob, ako ho využiť efektívnejšie, nie ho okamžite odstrániť.
Z tohto pohľadu ZC-DCFC nepredstavuje len ekologický experiment, ale aj nástroj energetickej nezávislosti. Krajina si vie ponechať vlastný zdroj energie a zároveň znížiť emisie, ktoré ho doteraz sprevádzali. Výskumníci uvažujú aj nad tým, že by sa technológia nemusela obmedziť len na povrchové elektrárne.
Xie naznačil aj možnosť využitia priamo v hlbokých uhoľných slojoch, kde by sa uhlie premieňalo na elektrinu bez ťažby. Na povrch by už išla len energia. Celý koncept tak posúva uhlie z kategórie „špinavé palivo“ do úplne inej roviny. Stále ide o fosílny zdroj, ale spôsob jeho využitia sa mení natoľko, že sa dostáva do priestoru, kde sa stretáva s modernými nízkoemisnými technológiami. Ako rýchlo sa tento prístup presadí mimo laboratória, však ukážu až ďalšie roky vývoja.
