Китайские ученые создали то, что они называют первым в мире прямым угольным топливным элементом с нулевыми выбросами углерода. Система вырабатывает электроэнергию из угля без его сжигания и улавливает весь образующийся в процессе углекислый газ. Исследование, опубликованное в журнале Energy Reviews, описывает технологию, способную кардинально изменить подход к использованию самого углеродоёмкого ископаемого топлива в электроэнергетике.

Принцип работы

Система, получившая название топливного элемента прямого окисления угля с нулевым выбросом углерода (ZC-DCFC), разработана командой под руководством Се Хэпина — члена Китайской инженерной академии и профессора Шэньчжэньского университета. Уголь измельчается в мелкий порошок, высушивается, очищается и подается в анодную камеру топливного элемента. Кислород поступает на катод, а уголь подвергается электрохимическому окислению через оксидную мембрану, напрямую вырабатывая электричество — без сжигания, парогенерации и турбин.

«В ZC-DCFC за счет исключения потерь эффективности, связанных со сжиганием топлива и тепловыми двигателями, достигается значительно более высокий теоретический КПД», — отметил Се, указав, что КПД традиционных угольных электростанций ограничен примерно 40 процентами из-за ограничений цикла Карно.

Высококонцентрированный диоксид углерода, образующийся на выходе из анода, улавливается непосредственно на месте и каталитически преобразуется в химическое сырье — например, в синтез-газ — либо переводится в твердые соединения, такие как бикарбонат натрия. По словам исследователей, система работает бесшумно и не вызывает сильного загрязнения окружающей среды, типичного для использования угля.

Применение глубокодонных угольных топливных элементов и долгий путь к внедрению

Команда разрабатывает концепцию ZC-DCFC с 2018 года, добиваясь прогресса в области высокоэффективных материалов, переработки топлива и конструкции электродов. Технология также может быть адаптирована для глубоких подземных угольных пластов, что потенциально позволит вырабатывать электроэнергию на глубине до двух километров и передавать ее на поверхность без проведения традиционных горнодобывающих работ.

Проект реализуется в рамках Национального научно-технологического мегапроекта Китая по исследованию недр и разведке минеральных ресурсов, запущенного в 2025 году, и соответствует цели Пекина по достижению углеродной нейтральности к 2060 году. Однако эксперты предупреждают, что широкое распространение технологии остается делом отдаленного будущего. По данным South China Morning Post, данная система топливных элементов вряд ли станет конкурентоспособной по стоимости раньше 2045 года.