تولید برق پاک از زغال سنگ در آینده نزدیک

به گزارش کلیک، محققان MIT به بررسی نیروگاهی پرداخته اند که می تواند با تولید برق از زغال سنگ با کارایی خیلی بیشتر در گام های قابل توجهی بردارد. بهره وری زغال به برق در نیروگاه های زغال سنگ مرسوم امروزی دو برابر است. بدین معنی که همه چیز برابر است اما انتشار دی اکسید کربن در این نیروگاه برای مقدار مشخصی از نیروی تولید شده تا ۵۰ درصد کاهش می یابد. دانشمندان برای حل این مشکل تلفیق دو فناوری برجسته گازی سازی زغال سنگ و پیل های سوختی در یک سیستم واحد را پیشنهاد دادند.

تبدیل گاز به زغال یکی از شیوه های استخراج سوخت گازی از زغال نرم یا سائیده شده است تا سوختن خود زغال. این تکنیک در نیروگاه های فرآوری مواد شیمیایی کاربرد گسترده دارد و به عنوان روش تولید گاز هیدروژن مورد استفاده قرار می گیرد. پیل های سوختی نوعی به کمک سوخت گازی و از طریق فشردن آن در سیستم های باطری شکل برق تولید می کنند. سیستم های باتری شکل با اکسیژن موجود در هوا واکنش الکتروشیمیایی می دهند.

جذابیت ترکیب این دو سیستم در این است که هر دو فرآیند در دمای ۸۰۰ درجه سلسیوس یا بیشتر عمل می کنند. ترکیب آن ها در یک نیروگاه واحد این امکان را به دو مولفه می دهد که حرارت را با حداقل اتلاف انرژی مبادله کنند. در واقع، پیل سوختی آن قدر گرما تولید می کند که تحمل قسمت گازی سازی فرآیند را داشته باشد و در نتیجه نیاز به یک سیستم گرمایی مجزا که معمولا با سوختن بخشی از زغال تأمین می شود برطرف گردد.

گازی سازی زغال به تنهایی در دمای کمتر از احتراق کار می کند و در مقایسه با اشتعال کارآمدتر است. اولا، زعال به نوعی پودر تبدیل می شود که بعدا در جریان بخار آب داغ به گرما تبدیل می شود؛ چیزی شبیه به دانه های ذرت که در اثر بو دادن می شکفند. این حرارت منجر به واکنش های شییایی می شود که در نهایت گازهایی را از ذرات زغال آزاد می کند.این گازها عمدتا مونواکسید اکربن و هیدروژن هستند که هر دو در پیل سوختی اکسید جامد قادرند برق تولید کنند.

در سیستم ترکیبی، این گازها از کاربراتور به یک دودکش پیل سوختی حمل می شوند و یا نهایتا سیستم پیل سوختی را می تواند در همان اطاقک به عنوان کاربراتور نصب کرد. بدین ترتیب که گاز داغ مستقیما به پیل جریان میابد. در پیل سوختی، یک غشا کار جداسازی مونواکسید کربن و هیدروژن از اکسیژن را انجام می دهد و نوعی واکنش الکتروشیمیایی حاصل می کند که بدون احتراق سوخت منجر به تولید برق می شود.از آنجا که هیچ احتراقی رخ نمی دهد، در نتیجه سیستم خاکستر و آلاینده های کمتریدر مقایسه با آنچه از طریق احتراق حاصل می شود تولید می گردد. این خود منجر به تولید دی اکسید کربن می شود اما به شیوه بسیار تمیز و بدون آلودگی و همانند نیروگاه های مرسوم سوخت زغال سنگ با هوا ترکیب نمی شود. در این وضعیت، حمل جداسازی و ذخیره‌سازی کربن (CCS)راحت تر خواهد بود- یعنی تسخیر گاز خروجی و دفن آن در زیر زمین یا خلاص شدن از آن به هر روش ممکن برای رفع یا کاهش چشمگیر انتشارات گازهای گلخانه ایی در نیروگاه های مرسوم، برای حمل CCS باید نیتروژن را از جریان گاز جدا کرد.

یکی از پرسش های مهمی که در این پژوهش به آن پاسخ داده شد این بود که آیا این فرآیند با استفاده از بخار آب یا دی اکسید کربن برای واکنش با ذرات ذغال کارایی بهتری دارد؟ هر دو روش کاربرد گسترده داشتند اما در اقدامات گذاشته در مطالعه گازی سازی در تلفیق با پیل های سوختی، گزینه دی اکسید کربن انتخاب می شود. این مطالعه جدید نشان می دهد که تولید خروجی نیرو توسط سیستم در شرایطی که بخار آب مورد استفاده قرار می گیرد دو تا سه برابر است.
نیروگاه های مرسوم سوخت زغال سنگ معمولا بهره وری بسیار پایین دارند؛ فقط سی درصد انرژی موجود در سوخت واقعا به برق تبدیل می شود. در عوض، بر اساس شبیه سازی ها، گازی سازی تلفیقی پیشنهادی و سیستم پیل سوختی می توانند به بهره وری ۵۵ تا ۶۰ درصد برسند.

مرحله بعد ساخت یک نیروگاه کوچک در مقیاس آزمایشی برای اندازه گیری عملکرد سیستم هیبریدی در شرایط واقعی خواهد بود. از آنجا فناوری های مولفه فردی همه با پیشرفت و توسعه خوب همراه بوده اند، در نتیجه سیستم عملیاتی با اندازه واقعی، را نمی توان در ظرف چند سال ساخت. به گفته محققان این سیستم نیاز به فناوری جدید ندارد. سیستم حاضر در مقایسه با نیروگاه های موجود گران تر خواهد بود. اما به دلیل کارایی بسیار پیشرفته، سرمایه اولیه را می توان ظرف چند سال پرداخت کرد. و با توجه به اهمیت کاهش انتشار گازهای گلخانه ایی که توجیه هزینه سرمایه اولیه ممکن است آسان باشد بویژه اگر هزینه های جدید به دی اکسید کربن منتشر شده از سوخت های فسیلی اضافه شود.

اگر شما هم قصد دارید در کاهش انتشارات دی اکسید کربن مشارکت کنید، تنها راهکار این است که بهره وری نیروگاه های سوخت فسیلی را افزایش دهید. به گفته پژوهشگران این مطالعه، کاوش سیکل های هیبریدی غیرمرسوم نمایانگر آینده تولید انرژی پاک در آمریکا است. بسیاری از فناوری هایی که ظاهرا در نگاه اول غیرممکن هستند نوید حل و فصل مشکلات فوق را می دهند. همیشه اولین گام این بوده که پتانسیل این سیکل ها ارزیابی شود.

منبع:phys