Kina je predstavila eksperimentalnu tehnologiju koja bi mogla značajno promijeniti način korištenja uglja u proizvodnji električne energije, jer omogućava njegovo direktno pretvaranje u struju bez klasičnog sagorijevanja. Riječ je o projektu koji razvija tim naučnika predvođen istraživačem Xie Hepingom sa Univerziteta Shenzhen i Kineske akademije nauka, a sistem je nazvan "direktna gorivna ćelija na ugalj bez emisije ugljika" (ZC-DCFC).
Ova tehnologija izazvala je veliku pažnju širom svijeta s obzirom na to da se ugalj decenijama povezuje sa snažnim zagađenjem, emisijama stakleničkih plinova i relativno neefikasnim termoelektranama. Kina, koja je najveći svjetski potrošač uglja, sada istražuje mogućnost da se ovaj energent koristi više poput materijala za baterije nego kao gorivo koje sagorijeva.
Način funkcionisanja sistema
Kod klasičnih termoelektrana ugalj se spaljuje kako bi se proizvela toplota. Ta toplota zagrijava vodu i pretvara je u paru koja pokreće turbine za proizvodnju električne energije. Tokom svakog koraka dolazi do energetskih gubitaka, što ograničava ukupnu efikasnost sistema.
Nova kineska tehnologija zaobilazi većinu tog procesa.
Umjesto sagorijevanja, ugalj se usitnjava u fini prah, zatim prolazi proces pročišćavanja i hemijske obrade prije nego što se ubaci u gorivnu ćeliju. S druge strane sistema dovodi se kisik, nakon čega elektrohemijska reakcija kroz oksidnu membranu direktno proizvodi električnu energiju.
Princip rada sličan je vodoničnim gorivnim ćelijama, s tim da u ovom slučaju ugalj služi kao izvor ugljika.
Pošto se električna energija proizvodi elektrohemijskim, a ne termalnim putem, istraživači tvrde da sistem može zaobići takozvanu "Carnotovu granicu", odnosno termodinamičko ograničenje efikasnosti koje važi za klasične toplotne mašine.
Zbog čega se tehnologija naziva "bez emisije"?
Tvrdnja o 2nultim emisijama" izazvala je rasprave među naučnicima i stručnjacima iz energetskog sektora.
Proces i dalje stvara ugljendioksid, jer ugalj sadrži ugljik koji reaguje s kisikom. Ipak, istraživački tim navodi da se CO₂ zadržava unutar sistema umjesto da bude ispušten kroz dimnjake.
Prema njihovim tvrdnjama, prikupljeni ugljendioksid mogao bi se koristiti za proizvodnju industrijskih hemikalija, poput sintetskog plina, ili stabilizirati u spojeve kao što je natrijev bikarbonat.
Kritičari, međutim, smatraju da se tehnologija ne može smatrati potpuno "bez emisije", jer ugljik i dalje postoji te zahtijeva sigurno skladištenje, preradu ili ponovnu upotrebu. Pojedini energetski stručnjaci i komentatori ovaj koncept opisuju kao novu verziju "čistog uglja", dovodeći u pitanje ekonomsku isplativost sistema za hvatanje ugljika na velikom nivou primjene.
Ova gorivna ćelija dio je šire kineske strategije smanjenja emisija bez brzog odustajanja od domaćih rezervi uglja.
Istraživači čak navode da bi se tehnologija u budućnosti mogla koristiti duboko pod zemljom, gdje bi se slojevi uglja pretvarali direktno u električnu energiju bez klasične eksploatacije. Proizvedena struja bi se zatim prenosila na površinu.
Glavni izazovi
Iako je projekat izazvao veliko interesovanje, tehnologija se još uvijek nalazi u eksperimentalnoj fazi razvoja.
Za njen rad potrebni su složeni procesi pripreme uglja, napredne membrane te infrastruktura za hvatanje ugljendioksida. Otvorena pitanja ostaju troškovi proizvodnje, mogućnost primjene u velikim razmjerama, trajnost sistema i upravljanje otpadom.
U raspravama među inženjerima i stručnjacima za energetiku istaknuta je zabrinutost da bi energija potrebna za hvatanje ugljika i hemijsku obradu mogla poništiti dio dobitaka u efikasnosti. Također je ukazano na činjenicu da ugalj sadrži otrovne primjese, poput žive, koje bi i dalje zahtijevale pažljivo zbrinjavanje.
Zbog svega toga, eventualna komercijalna primjena ove tehnologije vjerovatno je još godinama daleko, pod uslovom da se sistem pokaže dugoročno održivim.