Da się produkować energię z węgla nie tylko bez emisji, ale w ogóle bez jego spalania

Przez niemal trzy stulecia węgiel i spalanie były synonimami. Chcesz energii z węgla – musisz go podpalić, wyprodukować parę, wprawić w ruch turbiny i pogodzić się z tym, iż do atmosfery trafia CO2. To ograniczenie wydawało się tak fundamentalne jak prawa termodynamiki. Chińscy naukowcy właśnie pokazali, iż tak nie musi być.

Ogniwo, które rozkłada węgiel bez płomienia

Zespół pod kierownictwem profesora Xie Hepinga z Uniwersytetu w Shenzhen, członka Chińskiej Akademii Inżynierii, opracował urządzenie nazwane bezwęglowym bezpośrednim ogniwem paliwowym zasilanym węglem (ZC-DCFC). Wyniki opublikowano w piśmie „Energy Reviews”. Twórcy określają je jako pierwsze na świecie ogniwo paliwowe na węgiel o zerowej emisji CO2.

Zasada działania jest elegancka w swojej prostocie. Węgiel jest rozdrabniany na drobny proszek, suszony, oczyszczany i podawany do komory anodowej ogniwa. Tlen wchodzi przez katodę. Węgiel ulega elektrochemicznemu utlenianiu poprzez membranę tlenkową – i w ten sposób bezpośrednio powstaje energia elektryczna. Żadnego spalania, żadnej pary, żadnych turbin. Proces przebiega bezgłośnie, bez poważnego zanieczyszczenia środowiska zwykle związanego ze stosowaniem opału.

Sprawność wyższa niż w elektrowni, CO2 wychwycony w całości

Konwencjonalna energetyka węglowa jest ograniczona do około 40 procent sprawności ze względu na ograniczenia cyklu Carnota – tyle energii można wycisnąć ze spalania, reszta ucieka jako ciepło. ZC-DCFC, eliminując straty związane ze spalaniem i silnikami cieplnymi, otwiera drogę do znacznie wyższej teoretycznej sprawności – powiedział profesor Xie.

Co dzieje się z CO2, który mimo wszystko powstaje w procesie elektrochemicznym? Wysokoczysty dwutlenek węgla wychwytywany jest na miejscu i katalitycznie przekształcany w surowce chemiczne – gaz syntezowy lub mineralizowany do związków takich jak wodorowęglan sodu. Nic nie trafia do atmosfery.

Węgiel pod ziemią, prąd na powierzchni

Zespół pracuje nad tą technologią od 2018 roku i widzi dla niej zastosowanie wykraczające poza tradycyjne elektrownie. ZC-DCFC mogłoby zostać zaadaptowane do głębokich podziemnych pokładów węgla, potencjalnie umożliwiając wytwarzanie energii elektrycznej na głębokości do dwóch kilometrów i przesyłanie jej bezpośrednio na powierzchnię – bez tradycyjnych operacji górniczych, bez szybów, bez transportu urobku.

Projekt wpisuje się w chiński Narodowy najważniejszy Projekt Naukowo-Technologiczny na rzecz Badania Głębin Ziemi i realizuje cel Pekinu, jakim jest osiągnięcie neutralności węglowej do 2060 roku.

Przełom realny, ale odległy

Uczciwa ocena wymaga powściągliwości. Eksperci cytowani przez „South China Morning Post” ostrzegają, iż system ogniw paliwowych raczej nie stanie się konkurencyjny kosztowo przed 2045 rokiem. To nie jest technologia, która zastąpi elektrownie węglowe w tej dekadzie.

Jednak samo jej istnienie zmienia coś ważnego. Świat posiada ogromne zasoby węgla i przez długie lata będzie szukał sposobów na ich wykorzystanie bez klimatycznych konsekwencji. ZC-DCFC pokazuje, iż taka droga – energia z węgla bez spalania i bez emisji – jest fizycznie możliwa. To nie slogan. To działające urządzenie, opisane w recenzowanym piśmie naukowym. Reszta to kwestia czasu i kosztów.