- يقوم ZC-DCFC بتحويل الفحم إلى كهرباء بدون احتراق أو توربينات
- يتحايل نظام Xie Heping على قيود كارنو من خلال التحويل الكهروكيميائي المباشر
- يتفاعل مسحوق الكربون داخل خلايا الوقود، ويولد الكهرباء على الفور
لأكثر من قرن من الزمان، ظل الفحم يحمل وصمة عار بيئية لا تحملها سوى القليل من مصادر الطاقة الأخرى.
أصبحت الصورة المألوفة للمداخن التي تنفث أبخرة رمادية بمثابة اختصار للتلوث الصناعي والأضرار المناخية.
ومع ذلك، يدعي فريق بحث بقيادة شيه هيبينج من جامعة شنتشن أنه أعاد كتابة هذه الرواية بالكامل.
يستمر المقال أدناه
كيف يعمل نظام عدم الاحتراق في الواقع
ويدعي الفريق أن تقنيته لا تحرق الفحم على الإطلاق وتنتج الكهرباء دون إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
يستبدل النظام، الذي يشار إليه باسم خلية الوقود المباشرة الخالية من الكربون (ZC-DCFC)، العمليات التي تعتمد على الحرارة بالتحويل المباشر من المواد الكيميائية إلى الكهرباء في بيئة خلية خاضعة للرقابة.
وبدلاً من إشعال الفحم، يقوم النظام بطحن الوقود إلى مسحوق ناعم، ثم تجفيفه وتنظيفه.
تتم بعد ذلك معالجة سطح المادة المعالجة لتحسين تفاعلها في بيئة كهروكيميائية.
يدخل الأكسجين إلى جانب الكاثود من خلية الوقود، بينما يذهب الكربون المحضر إلى غرفة الأنود.
داخل الخلية، يسمح غشاء الأكسيد بالأكسدة المباشرة لجزيئات الكربون، مما يولد الكهرباء على الفور.
يلغي هذا النهج الخطوات التقليدية مثل إنتاج البخار والتوربينات الميكانيكية.
تعمل محطات الطاقة التقليدية التي تعمل بالفحم بطريقة غير مباشرة، حيث يتم حرق الوقود لإنتاج الحرارة، ثم البخار، وأخيراً الدوران الميكانيكي.
تصل هذه السلسلة متعددة الخطوات إلى سقف صلب يُعرف باسم حد كارنو، والذي يحد عادةً من الكفاءة الحرارية بحوالي 40%.
لا تفقد خلية الوقود الكربوني المباشر الخالية من الانبعاثات الطاقة لأنها لا تشارك في عملية الاحتراق.
وتقوم الطريقة الجديدة بتحويل الطاقة الكيميائية مباشرة إلى طاقة كهربائية، بكفاءة محتملة تصل إلى 90%.
إدارة الكربون دون إطلاقه
عندما يدخل الكربون إلى غرفة الأنود، ينتج عن التفاعل ثاني أكسيد الكربون، والذي يتم احتجازه على الفور في الموقع.
وبدلاً من تنفيس الغاز إلى الغلاف الجوي، يقوم النظام بتحويله بشكل تحفيزي إلى مواد أولية كيميائية مفيدة مثل الغاز الاصطناعي.
ويمكنه أيضًا تثبيته في مركبات مثل بيكربونات الصوديوم المستخدمة في التطبيقات الصناعية أو المواد الخام الكيميائية أو تنقية غاز المداخن.
عملية الحلقة المغلقة تجعل العملية هادئة ونظيفة، على النقيض من حرق الفحم العادي.
وقد يكون هذا النهج حاسما في تنظيف صناعة مراكز البيانات المزدهرة في الصين، والتي تتطلب طاقة تحميل أساسية هائلة بينما تواجه أيضا ضغوطا متزايدة للحد من الانبعاثات.
منذ عام 2018، تعمل مجموعة أبحاث Xie على تحسين التكنولوجيا تدريجيًا في التكرارات اللاحقة، وحل المشكلات المستمرة في علوم المواد ومتانة الخلايا.
كانت الإصدارات السابقة من خلايا الوقود الكربوني المباشر ذات كثافة طاقة منخفضة وعمر خدمة قصير.
يعمل التصميم الأحدث على تحسين قابلية التوسع في المكدس والاستقرار على المدى الطويل وكفاءة تحويل الكربون.
يقول شيه إن هذا المفهوم يمكن تطبيقه على طبقات الفحم العميقة الموجودة على عمق حوالي 2 كيلومتر تحت الأرض، مما يتيح تحويل الفحم إلى كهرباء في الموقع دون عمليات التعدين والنقل المكلفة.
وإذا ثبتت صحة هذه المزاعم، فإن هذه التكنولوجيا يمكن أن تمثل نقطة تحول ليس فقط بالنسبة للصين ولكن أيضا بالنسبة للعديد من البلدان التي “تخلت” عن مناجم الفحم لديها بسبب انتشار النفط.
بواسطة SCMP
اتبع TechRadar على أخبار جوجل و أضفنا كمصدرك المفضل لتلقي أخبار ومراجعات وآراء الخبراء حول قنواتك.
