Hiili-ilma vaihtoehto vetytekniikalle

Vetyperustainen energian varastointitekniikka hyödyntää vihreällä sähköllä vesielektrolyysin kautta tuotettua vetyä puhtaan sähkön tuotantoon. Mutta järjestelminä ne kärsivät heikosta energiatiheydestä ja ovat varsin suurikokoisia.

Suurempi kuva

Tokyo Institute of Technologyn tutkijat ovat kehittäneet maailman ensimmäisen suuren kapasiteetin kiinteän oksidipolttoaineen varastointijärjestelmän, jossa yhdistyvät sähkön varastointi CO2-elektrolyysillä ja sähköntuotanto kemiallisella reaktiolla käyttämällä hiiltä ja ilmaa.

Laboratoriossaan tutkijat ovat panostaneet (carbon/air secondary battery) CABS-menetelmään, jossa käytetään hiiltä (C). Aiemmin tutkijat ovat kehittäneet Rechargeable Direct Carbon Fuel Cell (RDCFC) -polttokennon, joka tuottaa hiiltä hiilivetyjen termisellä hajoamisella ja sähköä käyttämällä hiiltä polttoaineena.

Tässä uudessa tutkimuksessa keskityttiin korkeampaan energiatiheyteen entropian muutoksen ja hapetus-pelkistysreaktion kautta. Erityisesti hiili saostetaan käyttämällä CO2:n elektrolyyttisen reaktion ja Boudouard-reaktion termokemiallista tasapainoa ja saostunut hiili ladataan ja puretaan tuottamalla tehoa samassa reaktiossa kuin RDCFC.

Teoreettinen purkaushyötysuhde on 100 % ja sen teoreettinen tilavuusenergiatiheys on 1 625 Wh/L, mikä on korkeampi kuin nykyisessä vetykaasuun perustuvissa järjestelmissä (370 Wh/L, 20 MPa).

Lisäksi, koska varastointijärjestelmän antotehoa ja tallennuskapasiteettia voidaan ohjata toisistaan riippumatta, järjestelmästä voidaan odottaa seuraavan sukupolven suuren kapasiteetin energian varastointijärjestelmä. Koska purkauksen aikana syntyvä CO2 varastoidaan, järjestelmä ei myöskään vapauta CO2:ta ilmastoon.

Varaus/purkauskokeissa, joissa käytettiin kiinteäoksidipolttokennoja/elektrolyyttikennoja (SOFC/EC) saavutettiin Coulombinen hyötysuhde 84 % ja lataus/purkaustehokkuus 38 %, joka on verrattavissa vetyjärjestelmän arvioituun lataus/purkaustehokkuuteen (20 % - 54 %).

Käytäntöön ajateltuna järjestelmältä toivotaan tehokkuuden lisäämistä, joten tutkijat jatkavat järjestelmän parantamista ja kehittämistä. Tehokkuuden lisäämiseksi on tarpeen kehittää elektrodi, joka mahdollistaa hiilen tehokkaan käytön ja jolla on pieni ylijännite myös hiilisaostuksessa. Lisäksi CASB-järjestelmän toteuttamiseksi on tarpeen tutkia koko järjestelmän lataus-/purkausprosessi, joka voi lisätä volyymienergiatiheyttä ja lataus-/purkaustehokkuutta.

Aiheesta aiemmin:

Hiilidioksidipäästöt vedyksi ja sähköksi

Hiilidioksidia hotkiva akku