Мир ещё не освоил водородные топливные ячейки, а китайские учёные пошли дальше и создали угольные топливные ячейки. В них загружается угольная пыль, а на выходе снимается электрический ток. Всё это — без традиционного сжигания, дыма и копоти. Но самое поразительное — эта технология позволяет превращать уголь в электричество прямо в подземных пластах, без подъёма на поверхность. В электричество можно превратить даже самые нерентабельные месторождения.
Речь идёт об элементе ZC-DCFC — топливной ячейке прямого окисления угля с нулевым выбросом углерода. Технологию разработала команда под руководством академика Се Хэпина (Xie Heping) из Шэньчжэньского университета (Shenzhen University). Ещё раз подчеркнём: установка позволяет получать электричество непосредственно из угля без процесса горения, что кардинально отличает её от традиционных угольных электростанций. Разработка ведётся с 2018 года и входит в состав национального мегапроекта по освоению глубоких недр планеты.
Принцип работы новой топливной ячейки основан на электрохимическом окислении. Уголь предварительно измельчают, сушат, очищают и подвергают поверхностной обработке, после чего подают в анодную камеру. На катод подаётся кислород. Внутри анодной камеры мелкий угольный порошок подвергается электрохимическому окислению — туда через оксидную мембрану поступают ионы кислорода, что ведёт к непосредственной выработке электроэнергии — без какого-либо промежуточного парового цикла с использованием механических турбин, как это обычно устроено на угольных электростанциях.
Образующийся в процессе химических реакций высококонцентрированный диоксид углерода сразу улавливается и в присутствии катализаторов перерабатывается в полезные химические продукты, такие как синтетическое топливо или карбонат натрия. Таким образом, технология полностью исключает выбросы углекислого газа в атмосферу.
Главное преимущество ZC-DCFC — это преодоление ограничения цикла Карно, из-за которого КПД обычных угольных станций не превышает 40 %. Новая ячейка обеспечивает существенно более высокий теоретический КПД, работает бесшумно и не требует паровых турбин. Кроме того, технологию можно применять непосредственно к глубоким залежам угольных пластов (до 2 км), что позволит генерировать электроэнергию на месте без дорогостоящей добычи и транспортировки угля на поверхность.
Несмотря на необычные перспективы, технология пока остаётся на стадии лабораторных испытаний. По оценкам экспертов, её коммерческое применение и конкурентоспособность вряд ли станут возможны раньше 2045 года. В настоящее время уголь по-прежнему обеспечивает около 60 % выработки электроэнергии в Китае за счёт обычного сжигания. Тем не менее разработка рассматривается как важный шаг на пути к углеродной нейтральности страны к 2060 году и как способ рационального использования глубоких угольных залежей.