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Una pratica centrale elettrica a celle a combustibile
Uno dei modi più efficienti per produrre energia nelle future centrali di gassificazione del carbone è con celle a combustibile ad ossido solido, che utilizzano l'idrogeno dal flusso di gas per generare elettricità attraverso reazioni chimiche. Questo è più efficiente della semplice combustione del flusso di gas dalla gassificazione del carbone. E a differenza di altri tipi di celle a combustibile, la varietà ad ossido solido può funzionare a temperature ed efficienze molto elevate ed essere scalata per fornire energia alle città.
Il nuovo prototipo di cella a combustibile a ossido solido di GE raggiunge un'importante svolta in termini di costi grazie a un processo di produzione a basso costo che assembla strati di ceramica ed elettrolita. Il dispositivo da sei kilowatt, che converte il combustibile idrocarburico in elettricità con un'efficienza del 49%, è attualmente in fase di valutazione da parte del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti per un possibile utilizzo per la generazione di energia nei futuri impianti di gassificazione del carbone. (Credito: GE)
Ma tra le varie sfide per lo sviluppo della tecnologia, il costo di produzione è stato un potenziale fallimento. Ora, i ricercatori di GE hanno dimostrato un metodo di produzione che assembla strati di materiali ceramici ed elettrolitici a basso costo in modo che il prodotto finale possa essere costruito per circa 800 dollari al chilowatt, che inizia ad avvicinarsi al costo di costruzione da 500 a 550 dollari per kilowatt una centrale elettrica a gas convenzionale.
Il prototipo da sei kilowatt di GE raggiunge un'efficienza del 49% nella conversione del carburante in elettricità, che si confronta favorevolmente con l'efficienza del 35% delle centrali elettriche convenzionali a carbone. Credo che GE abbia stabilito un nuovo stato dell'arte, afferma Wayne Surdoval, responsabile della tecnologia per le celle a combustibile presso la Laboratorio Nazionale di Tecnologia Energetica , parte del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, che sta finanziando questo progetto e altri finalizzato alla produzione di celle a combustibile ad ossido solido migliori. La linea di fondo, aggiunge, è che il prototipo GE è una cella a combustibile particolarmente economica da realizzare. Fondamentalmente, stai usando semplici tecniche di produzione usando materiali abbastanza economici nella cella.
Surdoval paragona il processo alla preparazione dell'impasto della pizza. Tre serie di materiali, che rappresentano i due elettrodi e un elettrolita che compongono ogni strato di una cella a combustibile, vengono miscelati e fatti passare attraverso due rulli che li comprimono. Hai tre impasti diversi, li appiattisci uno a uno, poi li sovrapponi, poi li appiattisci, spiega. Quindi, in pratica, lo cuoci.
Il processo apre la strada alla produzione di massa, secondo Kelley Fletcher, leader della tecnologia avanzata per i programmi di energia sostenibile a GE Global Research , a Niskayuna, New York. Le persone hanno realizzato celle a combustibile che producono più energia e ne hanno realizzate anche di quelle che hanno raggiunto questo livello di efficienza, afferma. Ma farlo in un unico pacchetto e alla stima dei costi che abbiamo fatto, è il vero risultato qui. La produzione dei prototipi precedenti è costata migliaia di dollari per kilowatt, afferma.
Ovviamente ci sono altri posti di blocco. Lo zolfo nel combustibile idrocarburico può contaminare la cella a combustibile e degradarla. GE e altri stanno lavorando su vari processi di pretrattamento per mantenere il contaminante fuori dalla cella a combustibile. Ad esempio, i ricercatori della Tufts University hanno sviluppato un modo per utilizzare gli ossidi di cerio e lantanio per rimuovere lo zolfo.
Maria Flytzani-Stephanopoulos , un ingegnere chimico di Tufts che ha guidato lo sviluppo dello scrubber, avverte che mentre il lavoro di GE è impressionante, ci sono grandi sfide da affrontare. Penso che i numeri riportati rappresentino uno sviluppo significativo, afferma. Naturalmente, i sistemi di scalabilità devono dimostrare di essere ugualmente efficienti nel lavoro futuro.
L'opera fa parte di un Dipartimento dell'Energia iniziativa carbone pulito lanciato nel 2003 che mira a costruire, entro dieci anni, una centrale elettrica ad alta efficienza, multi-megawatt, a celle a combustibile a ossidi solidi abbinata alla tecnologia di gassificazione del carbone. Si pensa che gli Stati Uniti abbiano circa 250 anni di carbone nel sottosuolo. Ma bruciare carbone incombe come un fattore importante nell'aumento del riscaldamento globale; infatti, il carbone rilascia più anidride carbonica per ogni unità di energia prodotta rispetto a qualsiasi altro combustibile fossile.
Negli impianti di gassificazione del carbone, il carbone viene riscaldato e trasformato in syngas, una miscela principalmente di monossido di carbonio e idrogeno. Questo può quindi essere bruciato in un tipo di centrale elettrica chiamata Ciclo Combinato di Gassificazione Integrata. La tecnologia GE consentirebbe di estrarre l'idrogeno dal syngas e inviarlo attraverso una cella a combustibile ad ossido solido.