混合动力系统可将煤电厂的排放量减少一半

现在，麻省理工学院的研究人员已经提出了一项计划，可以通过提高煤炭发电量来实现这一目标，效率更高-可能达到当今传统燃煤电厂燃料电力效率的两倍。。这意味着，在所有条件相同的情况下，对于给定量的电力，二氧化碳排放量减少50%。

麻省理工学院博士生KatherineOng和RonaldC.Crane(1972)AhmedGhoniem教授提出的概念在他们的电源杂志上的论文中有所描述。关键是将两种众所周知的技术结合到一个系统中：煤气化和燃料电池。

煤气化是一种从煤粉中提取可燃气体燃料的方法，而不是燃烧煤本身。该技术作为生产氢气的方式广泛用于化学加工厂。燃料电池通过使其通过类似电池的系统从气体燃料产生电力，其中燃料与来自空气的氧气发生电化学反应。

Ong解释说，结合这两个系统的吸引力在于两个过程都在800摄氏度或更高的类似高温下运行。因此，将它们组合在单个设备中将允许两个部件以最小的能量损失进行热交换。事实上，燃料电池将产生足够的热量来维持该过程的气化部分，她说，无需单独的加热系统，通常通过燃烧一部分煤来提供。

Ong说，煤气化本身的工作温度低于燃烧温度，“比燃烧更有效”。首先，将煤粉碎成粉末，然后在热蒸汽流中加热，有点像在空气炸弹中加热的爆米花仁。热量导致化学反应，从煤颗粒中释放出气体-主要是一氧化碳和氢气，两者都可以在固体氧化物燃料电池中产生电能。

在组合系统中，然后将这些气体从气化器输送到单独的燃料电池堆，或者最终，燃料电池系统可以安装在与气化器相同的室中，使得热气体直接流入电池。在燃料电池中，膜将一氧化碳和氢气与氧气分离，促进电化学反应，在不燃烧燃料的情况下发电。

由于不涉及燃烧，系统产生的灰分和其他空气污染物比燃烧产生的少。它确实产生二氧化碳，但这是一种纯净的，未受污染的物流，不像传统的燃煤厂那样与空气混合。这样可以更容易地进行碳捕获和封存(CCS)-即捕获输出气体并将其埋入地下或以其他方式处置-以消除或大幅减少温室气体排放。在传统设备中，必须从气流中除去空气中的氮气以进行CCS。

这项使用模拟而不是实验室实验的新研究回答的一个重要问题是，该过程是否能更有效地利用蒸汽或二氧化碳与煤颗粒发生反应。这两种方法都已被广泛使用，但大多数先前与燃料电池组合研究气化的尝试都选择了二氧化碳。这项新研究表明，当使用蒸汽时，系统产生的功率输出是其两到三倍。

传统的燃煤发电厂通常效率很低;燃料中只有30%的能量实际上转化为电能。根据模拟结果，Ong表示，相比之下，拟议的组合式气化和燃料电池系统可以实现高达55%至60%的效率。

Ong说，下一步将是建立一个小型的中试规模工厂来衡量混合系统在现实条件下的性能。她说，由于各个组件技术都得到了很好的发展，因此可以在几年内建立一个全面的运营系统。她说，“这个系统不需要新技术”需要更多的时间来开发。“这只是将这些现有技术很好地结合在一起的问题。”

她说，该系统将比现有工厂更昂贵，但由于该系统具有最先进的效率，最初的资本投资可以在几年内得到回报。鉴于减少排放的重要性，初始资本支出可能很容易证明，特别是如果化石燃料排放的二氧化碳会产生新的费用。

“如果我们要在短期内减少二氧化碳排放量，那么实际做到这一点的唯一方法就是提高我们的化石燃料工厂的效率，”她说。

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