تولید برق با زغالسنگ به شیوههای سنتی معمولاً با سطح بالای آلودگی، انتشار قابلتوجه کربن و بازدهی نسبتاً پایین همراه است. حالا چینیها برای تولید برق از زغالسنگ رویکرد جدیدی توسعه دادهاند که این چالشها را برطرف میکند، زیرا در این فرایند، احتراق بهطور کامل حذف شده است.
در این رویکرد، بهجای سوزاندن زغالسنگ، انرژی شیمیایی آن مستقیماً به برق تبدیل میشود و از آزادشدن دیاکسیدکربن نیز جلوگیری میشود. این دستاورد متعلق به یک تیم پژوهشی به رهبری «شی هپینگ» از آکادمی علوم چین در دانشگاه شنژن است که سیستم خود را «سلول سوختی مستقیم زغالسنگ با انتشار کربن صفر» یا ZC-DCFC توصیف میکند.
فرایند آمادهسازی چندمرحلهای زغالسنگ
در این سیستم، زغالسنگ بهجای آنکه سوزانده شود، پیش از استفاده برای تولید برق، از یک فرایند آمادهسازی چندمرحلهای عبور میکند. ابتدا به پودری بسیار ریز تبدیل میشود، سپس خشک، تصفیه و سطح آن پردازش میشود تا واکنشپذیری بهتری پیدا کند. زغالسنگ فرآوریشده سپس وارد محفظه آند سلول سوختی میشود، یعنی الکترودی که در آن واکنش اکسیداسیون رخ میدهد و الکترونها آزاد میشوند. آنگاه اکسیژن نیز به سمت کاتد، الکترود مقابل آند که در آن واکنش کاهشی انجام میشود و الکترونها مصرف میشوند، تزریق میگردد.
درون سلول، ذرات زغالسنگ از طریق یک غشای اکسیدی مستقیماً اکسید میشوند و یک واکنش الکتروشیمیایی ایجاد میکنند که درلحظه برق تولید میکند. نکته مهم این است که این روش نیاز به مراحل متداول تولید برق، مانند تولید بخار و توربینهای مکانیکی را حذف میکند.
از سال ۲۰۱۸، این گروه پژوهشی فناوری مذکور را بهتدریج و از طریق نسخههای متوالی توسعه داده و چالشهای پایدار در حوزه علم مواد، دوام سلول، فرآوری سوخت و توانایی تغذیه پیوسته زغالسنگ را بررسی کرده است. نسخههای قبلی با مشکلاتی مانند چگالی توان محدود و عمر عملیاتی کوتاه روبهرو بودند که طراحی جدید تلاش دارد با بهبودهای مهندسی آنها را برطرف کند.
به گفته محققان، در جدیدترین نسخه از این رویکرد، پایداری طولانیمدت، بازده تبدیل کربن و یکپارچگی کلی سیستم بهبود پیدا کرده است.
آنها همچنین اشاره کردهاند که این مفهوم میتواند برای لایههای عمیق زغالسنگ در عمق حدود ۱.۹ کیلومتری زیر زمین نیز بهکار گرفته شود. بهجای فرایند پرهزینه و دشوار استخراج و انتقال زغالسنگ به سطح زمین، این سیستم میتواند زغالسنگ را در زیر زمین به برق تبدیل کند و فقط انرژی موردنیاز را به سطح منتقل سازد.