Ogniwa paliwowe zasilane paliwem stałym

Ogniwa paliwowe zasilane paliwem stałym

Na szkockim Uniwersytecie St Andrews zostały podjęte badania nad nowym rozwiązaniem ogniwa paliwowego zasilanego węglem, które według naukowców może w przyszłości zastąpić metody generacji, bazujące na spalaniu paliw kopalnych.

Zgodnie z informacjami podanymi przez kierownika projektu profesora John’a Irvine’a, użycie węgla do zasilania ogniw paliwowych jest podyktowane istotnymi zaletami tego paliwa. Dzięki dużej koncentracji energii w objętości jednostkowej, można w prosty sposób transportować i składować optymalną ilości paliwa, co przekłada się na stosunkowo niewielki rozmiar ogniwa.

Ogniwa paliwowe cechują się znacznie większą sprawnością niż elektrownie konwencjonalne bazujące na spalaniu węgla w kotłach i cyklu wodno-parowym. Teoretyczna sprawność metanowych lub wodorowych ogniw paliwowych może osiągać odpowiednio 69 i 90 procent, co w porównaniu do 40-to procentowej sprawności elektrowni jest wynikiem bardzo dobrym. Jak podają naukowcy, konwersja energii węgla w ogniwach paliwowych jest możliwa ze sprawnością bliską 100 procent - zakładając wykorzystanie energii cieplnej powstałej w procesie.

Rozwój technologii metanowych i wodorowych ogniw paliwowych ujawnił również słabe storny tych rozwiązań. W przypadku stosowania gazu jako paliwa, następuje nieustanne rozrzedzanie mieszanki paliwowej poprzez produkty reakcji. Może to powodować niestabilność procesu, objawiającą się chwilowymi wahaniami lub nawet całkowitym zanikiem napięcia na zaciskach ogniwa.

Zgodnie z deklaracjami badaczy z St Andrews niedogodność ta nie towarzyszy użyciu węgla, gdyż paliwa stałe nie ulegają rozrzedzaniu, a przez to zapewniają stabilny przebieg reakcji. Ma to jednak swoje konsekwencje w postaci znacznie zmniejszonej powierzchni wymiany, na której zachodzi reakcja chemiczna, będąca podstawą działania ogniwa. W tym zakresie niewątpliwą przewagę zyskują ogniwa paliwowe zasilane gazami.

Naukowcy pracują aktualnie nad połączeniem dwóch koncepcji dostarczania paliwa stosowanych w ogniwach zasilanych ciekłymi węglanami oraz w ogniwach przeznaczonych do utleniania paliw stałych. Zastosowanie kombinacji obu metod ma zmaksymalizować sprawność ogniw. Prace prowadzone są w oparciu o ciekły nawęglony elektrolit który znajduje się pomiędzy węglem (paliwem) a specjalną membraną. Aby zapewnić odpowiednią przewodność środowiska, w którym zachodzą reakcje, proces jest prowadzony w wysokiej temperaturze. Naukowcy planują, że pierwszy prototyp ogniwa paliwowego zasilanego węglem, zostanie opracowany w ciągu roku.

Projekt jest częścią większego przedsięwzięcia, które dotyczy rozwoju technologii ogniw paliwowych. Całkowity grant przeznaczony na ten cel przez agencję rozwoju gospodarczego Scottish Enterprise, wynosi blisko 100 tyś funtów brytyjskich.

Podobne badania, dotyczące ogniw paliwowych na paliwa w stałe, prowadzi również armia Stanów Zjednoczonych. Amerykańska koncepcja zakłada opracowanie urządzenia, które pozwoli żołnierzom na polu walki wytwarzać energię elektryczną z odpadków, takich jak plastikowe sztućce i opakowania.