Geleneksel kömürle çalışan elektrik üretimi; genellikle yüksek kirlilik seviyeleri, ciddi karbon emisyonları ve nispeten düşük verimlilikle ilişkilendiriliyor ancak kömür tabanlı elektrik üretimine yönelik yeni bir yaklaşım, yanma işlemini tamamen süreçten çıkararak bu uzun süreli algıyı yıkıyor.
Sistem kömürü yakmak yerine, kimyasal enerjisini doğrudan elektriğe dönüştürüyor ve çevresel etkileri belirleyen karbondioksit salınımının önüne geçiyor. Bu teknolojik gelişme, Shenzhen Üniversitesi bünyesindeki Çin Bilimler Akademisi’nden Xie Heping liderliğindeki bir araştırma ekibi tarafından gerçekleştirildi. Ekip, geliştirdikleri sistemi sıfır karbon emisyonlu doğrudan kömür yakıt hücresi (ZC-DCFC) olarak tanımlıyor.
Bu konsept, kömürü yakılacak bir yakıt yerine elektrokimyasal enerji kaynağı olarak yeniden tanımlıyor ve fosil kaynakların daha temiz kullanımı için yeni bir yol açıyor.
Kömür Yakıt Hücresi Tasarımı Buhar Döngüsü veya Yanma İhtiyacını Ortadan Kaldırıyor
Sistemde kömür yakılmıyor; elektrik üretimi için kullanılmadan önce çok aşamalı bir hazırlık sürecinden geçiyor. Kömür önce ince bir toz haline getiriliyor; ardından kurutuluyor, saflaştırılıyor ve reaktivitesini optimize etmek için yüzey işlemine tabi tutuluyor. The South China Morning Post gazetesinin haberine göre, işlenmiş kömür daha sonra yakıt hücresinin anot bölmesine verilirken, katot tarafına oksijen besleniyor.
Hücrenin içinde, kömür parçacıkları bir oksit membran aracılığıyla doğrudan oksitleniyor ve o anda elektrik üreten bir elektrokimyasal reaksiyon meydana geliyor. Söz konusu yaklaşım, kömürlü santrallerin merkezinde yer alan buhar üretimi ve mekanik türbinler gibi geleneksel aşamalara olan ihtiyacı ortadan kaldırıyor.
Anot çıkışında, reaksiyon sonucu oluşan karbondioksit doğrudan yerinde yakalanıyor. Yakalanan bu gaz, katalitik olarak sentez gazı gibi yararlı kimyasal hammaddelere dönüştürülüyor veya sodyum bikarbonat gibi bileşikler halinde kimyasal olarak kararlı hale getiriliyor. Karbonun bu kapalı devre yönetimi, operasyonun hem sessiz hem de temiz bir şekilde gerçekleşmesini sağlıyor.
Buna karşılık geleneksel kömürlü termik santraller ısı üretmek için yanmaya ihtiyaç duyar. Bu dolaylı yol; ısı makineleriyle ilişkilenen ve yakıt enerjisinin ne kadarının kullanılabilir elektriğe dönüştürülebileceğini sınırlayan Carnot verimlilik tavanı gibi termodinamik sınırlarla kısıtlanır.
Dayanıklılık ve Güç Çıkışı Sınırlarında Önemli Gelişme
Xie, geleneksel kömür enerjisi sürecinin termal verimliliği yaklaşık %40 ile sınırlayan Carnot döngüsüne mahkum olduğunu savunuyor. Buna karşın, ZC-DCFC sisteminin yanma ve ısı tabanlı motor sistemleriyle ortaya çıkan enerji kayıplarını önlediğini ve çok daha yüksek teorik verimliliğe olanak tanıdığını belirtiyor.
Xie ve araştırma grubu, 2018 yılından bu yana teknolojiyi malzeme bilimi, hücre dayanıklılığı ve kömürün sürekli beslemesi gibi zorlukları aşarak kademeli olarak geliştirdi. Yakıt hücresinin son versiyonu; yığın ölçeklenebilirliğini, uzun vadeli kararlılığı, karbon dönüşüm verimliliğini ve genel sistem entegrasyonunu önemli derecede iyileştiriyor.
Xie ayriyeten, konseptin yerin yaklaşık 1,2 mil (yaklaşık 2 km) altında bulunan derin kömür damarlarında da uygulanabileceğini not etti. Kömürü madenlerden çıkarıp yüzeye taşımak yerine, sistem kömürü bulunduğu yerde elektriğe dönüştürebiliyor ve yukarıya sadece güç iletiliyor. Bu yaklaşım, sığ kömür rezervleri azaldıkça arz üzerindeki baskıyı dengelemeye yardımcı olabilir.
Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/chinas-converts-coal-into-electricity
