پيام نفت -رسانه خبري تحليلي نفت، گاز و انرژي : توليد برق پاك از زغال سنگ در آينده نزديك
شنبه، 26 تیر 1400 - 07:56 کد خبر:47254
پيام نفت:
بر اساس آژانس بين المللي انرژي آمريكا، حتي با وجود توافقات جديد، توليد برق با سوخت زغال سنگ در طي چند دهه آينده افزايش خواهد داشت. دانشمندان درصدد هستند تا راهي بيابند كه برق با شيوه ايي پاك تر از زغال سنگ توليد شود و آلودگي در پي نداشته باشد.

 

به گزارش كليك، محققان MIT به بررسي نيروگاهي پرداخته اند كه مي تواند با توليد برق از زغال سنگ با كارايي خيلي بيشتر در گام هاي قابل توجهي بردارد. بهره وري زغال به برق در نيروگاه هاي زغال سنگ مرسوم امروزي دو برابر است. بدين معني كه همه چيز برابر است اما انتشار دي اكسيد كربن در اين نيروگاه براي مقدار مشخصي از نيروي توليد شده تا ۵۰ درصد كاهش مي يابد. دانشمندان براي حل اين مشكل تلفيق دو فناوري برجسته گازي سازي زغال سنگ و پيل هاي سوختي در يك سيستم واحد را پيشنهاد دادند.

تبديل گاز به زغال يكي از شيوه هاي استخراج سوخت گازي از زغال نرم يا سائيده شده است تا سوختن خود زغال. اين تكنيك در نيروگاه هاي فرآوري مواد شيميايي كاربرد گسترده دارد و به عنوان روش توليد گاز هيدروژن مورد استفاده قرار مي گيرد. پيل هاي سوختي نوعي به كمك سوخت گازي و از طريق فشردن آن در سيستم هاي باطري شكل برق توليد مي كنند. سيستم هاي باتري شكل با اكسيژن موجود در هوا واكنش الكتروشيميايي مي دهند.

جذابيت تركيب اين دو سيستم در اين است كه هر دو فرآيند در دماي ۸۰۰ درجه سلسيوس يا بيشتر عمل مي كنند. تركيب آن ها در يك نيروگاه واحد اين امكان را به دو مولفه مي دهد كه حرارت را با حداقل اتلاف انرژي مبادله كنند. در واقع، پيل سوختي آن قدر گرما توليد مي كند كه تحمل قسمت گازي سازي فرآيند را داشته باشد و در نتيجه نياز به يك سيستم گرمايي مجزا كه معمولا با سوختن بخشي از زغال تأمين مي شود برطرف گردد.

گازي سازي زغال به تنهايي در دماي كمتر از احتراق كار مي كند و در مقايسه با اشتعال كارآمدتر است. اولا، زعال به نوعي پودر تبديل مي شود كه بعدا در جريان بخار آب داغ به گرما تبديل مي شود؛ چيزي شبيه به دانه هاي ذرت كه در اثر بو دادن مي شكفند. اين حرارت منجر به واكنش هاي شييايي مي شود كه در نهايت گازهايي را از ذرات زغال آزاد مي كند.اين گازها عمدتا مونواكسيد اكربن و هيدروژن هستند كه هر دو در پيل سوختي اكسيد جامد قادرند برق توليد كنند.

در سيستم تركيبي، اين گازها از كاربراتور به يك دودكش پيل سوختي حمل مي شوند و يا نهايتا سيستم پيل سوختي را مي تواند در همان اطاقك به عنوان كاربراتور نصب كرد. بدين ترتيب كه گاز داغ مستقيما به پيل جريان ميابد. در پيل سوختي، يك غشا كار جداسازي مونواكسيد كربن و هيدروژن از اكسيژن را انجام مي دهد و نوعي واكنش الكتروشيميايي حاصل مي كند كه بدون احتراق سوخت منجر به توليد برق مي شود.از آنجا كه هيچ احتراقي رخ نمي دهد، در نتيجه سيستم خاكستر و آلاينده هاي كمتريدر مقايسه با آنچه از طريق احتراق حاصل مي شود توليد مي گردد. اين خود منجر به توليد دي اكسيد كربن مي شود اما به شيوه بسيار تميز و بدون آلودگي و همانند نيروگاه هاي مرسوم سوخت زغال سنگ با هوا تركيب نمي شود. در اين وضعيت، حمل جداسازي و ذخيره‌سازي كربن (CCS)راحت تر خواهد بود- يعني تسخير گاز خروجي و دفن آن در زير زمين يا خلاص شدن از آن به هر روش ممكن براي رفع يا كاهش چشمگير انتشارات گازهاي گلخانه ايي در نيروگاه هاي مرسوم، براي حمل CCS بايد نيتروژن را از جريان گاز جدا كرد.

يكي از پرسش هاي مهمي كه در اين پژوهش به آن پاسخ داده شد اين بود كه آيا اين فرآيند با استفاده از بخار آب يا دي اكسيد كربن براي واكنش با ذرات ذغال كارايي بهتري دارد؟ هر دو روش كاربرد گسترده داشتند اما در اقدامات گذاشته در مطالعه گازي سازي در تلفيق با پيل هاي سوختي، گزينه دي اكسيد كربن انتخاب مي شود. اين مطالعه جديد نشان مي دهد كه توليد خروجي نيرو توسط سيستم در شرايطي كه بخار آب مورد استفاده قرار مي گيرد دو تا سه برابر است.
نيروگاه هاي مرسوم سوخت زغال سنگ معمولا بهره وري بسيار پايين دارند؛ فقط سي درصد انرژي موجود در سوخت واقعا به برق تبديل مي شود. در عوض، بر اساس شبيه سازي ها، گازي سازي تلفيقي پيشنهادي و سيستم پيل سوختي مي توانند به بهره وري ۵۵ تا ۶۰ درصد برسند.

مرحله بعد ساخت يك نيروگاه كوچك در مقياس آزمايشي براي اندازه گيري عملكرد سيستم هيبريدي در شرايط واقعي خواهد بود. از آنجا فناوري هاي مولفه فردي همه با پيشرفت و توسعه خوب همراه بوده اند، در نتيجه سيستم عملياتي با اندازه واقعي، را نمي توان در ظرف چند سال ساخت. به گفته محققان اين سيستم نياز به فناوري جديد ندارد. سيستم حاضر در مقايسه با نيروگاه هاي موجود گران تر خواهد بود. اما به دليل كارايي بسيار پيشرفته، سرمايه اوليه را مي توان ظرف چند سال پرداخت كرد. و با توجه به اهميت كاهش انتشار گازهاي گلخانه ايي كه توجيه هزينه سرمايه اوليه ممكن است آسان باشد بويژه اگر هزينه هاي جديد به دي اكسيد كربن منتشر شده از سوخت هاي فسيلي اضافه شود.

اگر شما هم قصد داريد در كاهش انتشارات دي اكسيد كربن مشاركت كنيد، تنها راهكار اين است كه بهره وري نيروگاه هاي سوخت فسيلي را افزايش دهيد. به گفته پژوهشگران اين مطالعه، كاوش سيكل هاي هيبريدي غيرمرسوم نمايانگر آينده توليد انرژي پاك در آمريكا است. بسياري از فناوري هايي كه ظاهرا در نگاه اول غيرممكن هستند نويد حل و فصل مشكلات فوق را مي دهند. هميشه اولين گام اين بوده كه پتانسيل اين سيكل ها ارزيابي شود.

منبع:phys