• Nie Znaleziono Wyników

Wêglowe ogniwa paliwowe – wybrane inicjatywy krajowe

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Wêglowe ogniwa paliwowe – wybrane inicjatywy krajowe"

Copied!
12
0
0

Pełen tekst

(1)

POLITYKA ENERGETYCZNA – ENERGY POLICY JOURNAL 2014 G Tom 17 G Zeszyt 2 G 81–92

ISSN 1429-6675

Magdalena DUDEK*, Piotr TOMCZYK**, Bart³omiej LIS***, Grzegorz MORDARSKI****

Wêglowe ogniwa paliwowe – wybrane inicjatywy krajowe

STRESZCZENIE. Jednym z priorytetów polityki energetycznej Unii Europejskiej jest ograniczenie emisji CO2, pochodz¹cej z sektora energetycznego. Aby sprostaæ temu wyzwaniu w Polsce, której energetyka opiera siê g³ównie na elektrowniach spalaj¹cych wêgiel kamienny i bru- natny, nale¿y ju¿ dzisiaj podj¹æ odpowiednie przeciwdzia³ania. Do takich przeciwdzia³añ nale¿y – miêdzy innymi – zwiêkszenie efektywnoœci wytwarzania energii elektrycznej z paliw kopalnych i wykorzystanie mo¿liwoœci sekwestracji CO2. W ostatnich latach obserwuje siê szybki rozwój ogniw paliwowych z bezpoœrednim utlenianiem wêgla – s¹ one efektywnymi generatorami elektrycznoœci, a strumieñ wytwarzanych w nich gazów wylotowych zawiera, niewymagaj¹cy wzbogacania, stê¿ony CO2. W artykule przedstawiono zasadê dzia³ania wêglowych ogniw paliwowych, ich zalety i wady w stosunku do ogniw paliwowych wodo- rowo-tlenowych, a tak¿e osi¹gniêty przez nie poziom technologiczny. Przedstawiono równie¿

dokonania dwóch oœrodków w Polsce zaanga¿owanych w rozwój tej technologii: Akademii Górniczo-Hutniczej i Instytutu Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN im. Jerzego Habera w Krakowie.

S£OWA KLUCZOWE: paliwo wêglowe, ogniwo paliwowe, elektrochemiczne utlenianie wêgla

* Dr in¿., ** Dr hab., *** Mgr in¿. – AGH – Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków.

**** Dr in¿. – Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN, Kraków.

(2)

Wprowadzenie

Spoœród pañstw nale¿¹cych do Unii Europejskiej, Polska charakteryzuje siê jednym z najwy¿szych wskaŸników bezpieczeñstwa energetycznego, którego podstaw¹ s¹ zasobne, krajowe z³o¿a wêgla kamiennego i brunatnego. Pomimo to, wybór strategii rozwoju energetycznego kraju nie jest wcale oczywisty. Z jednej strony polityka dekarbonizacji energetyki UE, przedstawiona chocia¿by w komunikacie COM (2011) 885/2: Energy Road- map 2050, zak³ada obni¿enie emisji CO2 o 95% do 2050 r. (a wiêc praktycznie wyeli- minowanie wêgla jako surowca energetycznego). Z drugiej zaœ strony, obecny niski poziom op³at za emisje CO2wynosz¹cy sporo poni¿ej 10 Euro/Mg (EU emission allowance; EUA) i 0,5 Euro/Mg (Certified Emission Reductions; CER) (Handel emisjami CO2,cire.pl, 2014), przy kosztach separacji CO2z gazów odlotowych na poziomie 30-70 Euro/Mg (Kanniche i in. 2010; Zhao, Minett i Harris 2013; Markewitz i in. 2012) oraz szybki rozwój energetyki wêglowej w takich krajach jak Chiny i Indie, œwiadcz¹ o tym, ¿e rynek energetyczny niezbyt ochoczo dostosowuje siê do zaleceñ UE, kieruj¹c siê g³ównie argumentami ekono- micznymi.

Polska, jako cz³onek Unii Europejskiej, nie mo¿e ca³kowicie zignorowaæ jej zaleceñ tym bardziej, ¿e mog¹ one zostaæ szybko wsparte odpowiednimi rozporz¹dzeniami fiskal- nymi (widaæ to choæby po próbach wprowadzenia tzw. backloadingu (Proposal for a Decision COM (2012) 416). Dlatego krajowe inwestycje na rynku energetycznym powinny byæ realizowane z wykorzystaniem nowych, wysoko efektywnych technologii, których zastosowanie prowadzi do obni¿enia poziomu emisji CO2. Nale¿y równie¿ zadbaæ o rozwój takich technologii, których produktem koñcowym jest stê¿ony strumieñ CO2, w razie potrzeb, tj. przy wysokich cenach za emisjê, mo¿liwy do bezpoœredniego sk³a- dowania, na przyk³ad w g³êbokich strukturach geologicznych. Trzeba bowiem pod- kreœliæ, ¿e proces separacji CO2 z rozrzedzonych gazów wylotowych jest najdro¿szym etapem sekwestracji, a jego udzia³ w ca³kowitych kosztach tego przedsiêwziêcia szacuje siê na 70–90%.

1. Ogniwa paliwowe – generatory pr¹du w energetyce rozproszonej

W ostatnich latach, na rynku komercyjnym zaczynaj¹ siê pojawiaæ generatory elek- tryczne ze stosami ogniw paliwowych. Oprócz zastosowañ niszowych (uzbrojenie, kosmo- nautyka, zasilanie urz¹dzeñ przenoœnych specjalnego przeznaczenia) coraz czêœciej tes- towane s¹ jednostki o ma³ej i œredniej mocy (0,5–300 kW) przeznaczone do wytwarzania energii elektrycznej i ciep³a dla domów jednorodzinnych i ma³ych obiektów socjalnych (projekt ENE-FARM, generatory firmy UTC, Westinghouse, Mitsubishi – Carter 2013;

Behling 2012).

(3)

Ogniwa paliwowe s¹ to ogniwa galwaniczne, do których substancje aktywne elektro- chemicznie (paliwo i utleniacz), bior¹ce udzia³ w reakcjach elektrodowych, dostarczane s¹ z zewn¹trz. S¹ one wysoko sprawnymi generatorami energii elektrycznej; dzia³aj¹ cicho i w trakcie pracy prawie nie wytwarzaj¹ substancji szkodliwych, zaœ w przypadku zasilania ich paliwami pochodzenia wêglowego, strumieñ gazów wylotowych zawiera skoncen- trowany CO2.

W tradycyjnych ogniwach pierwotnych (zwanych potocznie bateriami), aktywne elektro- chemicznie substancje zmagazynowane s¹ wewn¹trz urz¹dzenia, a po ich wyczerpaniu ogniwo nadaje siê co najwy¿ej do recyklingu. W akumulatorach substancje te odnawiane s¹ w trakcie procesu ³adowania. Odmiennie do ogniw pierwotnych i akumulatorów, ogniwo paliwowe dzia³a – przynajmniej w teorii – tak d³ugo, jak d³ugo dostarczane jest do nich paliwo i utleniacz. Zasada jego dzia³ania jest wiêc bardzo podobna do zasady dzia³ania silnika spalinowego – dopóki dop³ywa do niego paliwo ze zbiornika, mo¿e dzia³aæ bez przerwy. Silnik mo¿na zatrzymaæ, odcinaj¹c dop³yw paliwa, i ponownie uruchomiæ, gdy znowu paliwo zostanie dostarczone do urz¹dzenia. Bardzo zaawansowany poziom techno- logiczny osi¹gnê³y obecnie ogniwa paliwowe zasilane wodorem (paliwo gazowe) lub meta- nolem (paliwo p³ynne). Prowadzone s¹ równie¿ prace nad ogniwami paliwowymi za- silanymi takimi paliwami jak: kwas mrówkowy, metan, amoniak, tlenek wêgla i etanol.

Paliwa pochodzenia wêglowego równie¿ mog¹ byæ stosowane do zasilania ogniw pali- wowych, przy czym mo¿na to zrobiæ na dwa sposoby: poœredni i bezpoœredni. W pierwszym przypadku wêgiel poddawany jest zgazowaniu, a otrzymany gaz syntezowy, zawieraj¹cy g³ównie H2i CO, poddaje siê dalszemu przetworzeniu – w wyniku reakcji pomiêdzy par¹ wodn¹ i CO jest on wzbogacany o dodatkowe iloœci H2. Takim gazem mo¿na ju¿ zasilaæ ogniwa paliwowe dostosowane do paliwa wodorowego. W drugim przypadku, wêgiel w postaci sta³ej wprowadzany jest bezpoœrednio do ogniwa i tam ulega reakcjom elektro- dowym.

Które z tych ogniw paliwowych lepiej nadaj¹ siê do zastosowania w energetyce? Ogniwa zasilane paliwem wodorowym pochodz¹cym ze zgazowania wêgla niew¹tpliwie repre- zentuj¹ obecnie wy¿szy poziom rozwoju technologicznego i w nied³ugim czasie bêd¹ mog³y byæ wykorzystywane na skalê komercyjn¹. W Stanach Zjednoczonych i Japonii przepro- wadzono ju¿ – z pozytywnymi wynikami – testy takich instalacji (High Temperature…

2004; Srinivasan 2000).

Zastosowaniom tego typu ogniw sprzyja rozwój technologii IGCC (Integrated Gasi- fication Combined Cycle; obieg sprzê¿ony gazowo-parowy zintegrowany ze zgazowaniem wêgla), w którym produkt zgazowania, czyli wodór, kierowany jest do komory spalania turbiny gazowej, ale który równie¿ mo¿e byæ wykorzystany do zasilania ogniw paliwowych.

Barier¹ szerszego zastosowania ogniw paliwowych w tym uk³adzie jest wysoka cena urz¹dzeñ wynikaj¹ca, miêdzy innymi, z ich jednostkowej produkcji oraz niezadowalaj¹ca trwa³oœæ (poni¿ej zak³adanych 40 000 h, przy spadku napiêcia pracy wynosz¹cym 0,2–0,8%/1000 h).

(4)

2. Ogniwa paliwowe z bezpoœrednim utlenianiem wêgla – nowe idee

Podobne problemy wystêpuj¹ w ogniwach paliwowych z bezpoœrednim utlenianiem wêgla (Direct Carbon Fuel Cell; DCFC). Jednak ich potencjalna przewaga nad ogni- wami paliwowymi zasilanymi wodorem (wymieniona poni¿ej) powoduje, ¿e badania nad nimi prowadzone s¹ na coraz szersz¹ skalê (Cao, Sun i Wang 2007; Cooper i Selman 2009) i tak:

1. Napiêcie ogniwa DCFC nie zmienia siê w trakcie pracy, a dostarczany wêgiel mo¿e byæ ca³kowicie w nim zu¿yty (w ogniwie paliwowym zasilanym wodorem, napiêcie ogniwa spada w miarê zu¿ywania paliwa, a czêœæ paliwa gazowego nie jest w ogóle zu¿ywana, poniewa¿ ogniwa te pracuj¹ w trybie przep³ywowym).

2. Sprawnoœæ wytwarzania energii elektrycznej w ogniwie typu DCFC wynosi w prak- tyce oko³o 80% i znacznie przewy¿sza efektywnoœæ dzia³ania ogniw paliwowych zasilanych wodorem (35–65%). Ze wzglêdu na wysok¹ sprawnoœæ konwersji w DCFC, iloœæ CO2 wytwarzana przy produkcji na przyk³ad 1 kWh energii elektrycznej jest znacznie mniejsza (o 40–50%) ni¿ iloœæ CO2emitowana z si³owni cieplnych w trakcie produkcji takiej samej energii.

3. Gazy wylotowe z ogniwa typu DCFC to skoncentrowany strumieñ CO2. CO2wy- twarzany w trakcie pracy ogniwa izoluje paliwo wêglowe od otaczaj¹cej atmosfery i za- pobiega jego samoistnemu utlenianiu siê (spalaniu). W przypadku stosowania wêgla jako paliwa ogniw paliwowych, niebezpieczeñstwo wybuchu jest nieporównywalnie mniejsze ni¿ dla ogniw paliwowych zasilanych wodorem. Magazynowanie wêgla jest te¿ bez porównania ³atwiejsze i tañsze ni¿ paliwa wodorowego.

4. Konstrukcja generatorów pr¹dotwórczych z DCFC jest prostsza od konstrukcji ge- neratorów z ogniwami paliwowymi wodorowo-tlenowymi, poniewa¿ nie wymagaj¹ one stosowania reformerów paliwa. Mog¹ byæ równie¿ zbudowane w pobli¿u kopalñ, dziêki czemu unika siê transportu wêgla na znaczne odleg³oœci.

Obecnie na œwiecie prowadzone s¹ badania nad wieloma rodzajami ogniw paliwowych z bezpoœrednim utlenianiem wêgla. Klasyfikacja tych ogniw zazwyczaj uwzglêdnia rodzaj stosowanego w nich elektrolitu (noœnika jonów w ogniwie). Do najczêœciej badanych i rozwijanych ogniw paliwowych typu DCFC nale¿¹ ogniwa paliwowe z elektrolitem alkalicznym, stopionym elektrolitem wêglanowym oraz sta³ym elektrolitem tlenkowym.

Podjêto równie¿ próby konstrukcji hybrydowych takich ogniw; s¹ to uk³ady w których zastosowano co najmniej dwa ró¿ne elektrolity lub wprowadzono czynnik poœredni, na przyk³ad p³ynn¹ mieszaninê metalu z jego tlenkami, pe³ni¹cy rolê noœnika tlenu pomiêdzy redukuj¹c¹ warstw¹ paliwa wêglowego i elektrolitem.

(5)

3. Badania krajowe nad wêglowymi ogniwami paliwowymi

W Polsce, której wdro¿enie technologii ogniw paliwowych z bezpoœrednim utlenianiem wêgla przynios³oby istotne korzyœci, inicjatywy badawcze podjête zosta³y bardzo szybko.

Prekursorem tych badañ w kraju by³ prof. Z. Bis (Koby³ecki i Bis 2008). W 2010 r. za³o¿one zosta³o Konsorcjum Wêglowe Ogniwa Paliwowe (WOP), w sk³ad którego weszli: PGE Polska Grupa Energetyczna S.A., Katowicki Holding Wêglowy S.A., Kompania Wêglowa S.A., TAURON Wytwarzanie S.A. Instytut Energetyki, Politechnika Œl¹ska, Instytut Kata- lizy i Fizykochemii Powierzchni PAN, Politechnika Wroc³awska i Akademia Górniczo- -Hutnicza.

W badaniach prowadzonych przez autorów tej publikacji w Akademii Górniczo- -Hutniczej oraz Instytucie Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN testuje siê zazwyczaj ogniwa paliwowe o niedu¿ych gabarytach (o powierzchni elektrod oko³o 1–2 cm2) – wyniki tych badañ wykorzystywane s¹ w pracach prowadzonych w Instytucie Energetyki na wiêk- szych rozmiarowo ogniwach paliwowych (o powierzchni elektrod oko³o 25 cm2). Dziêki ma³ym rozmiarom ogniw paliwowych badanych w AGH i IKiFP PAN uzyskuje siê mo¿- liwoœæ przeprowadzenia znacznie wiêkszej liczby prób, znacznie ³atwiej i taniej mo¿na wprowadzaæ nowe materia³y konstrukcyjne, a tak¿e modyfikowaæ budowê ogniw. W AGH skoncentrowano siê na ogniwach z elektrolitem wykonanym ze sta³ych tlenków, zaœ w In- stytucie Katalizy i Fizykochemii Powierzchni stosowany jest elektrolit p³ynny, który sta- nowi¹ stopione wêglany. Na rysunku 1 i 2 przedstawiono zespo³y testowanych ogniw w tych oœrodkach.

Najwa¿niejsze dane o prowadzonych badaniach w obu wy¿ej wymienionych jednost- kach przedstawione zosta³y w tabeli 1.

Rys. 1. Elementy ogniwa paliwowego wêglowego ze sta³ym elektrolitem tlenkowym (a) strona katodowa, (b) strona anodowa

Fig. 1. Components of a direct carbon fuel cell with solid oxide electrolyte: (a) cathode size, (b) anode size

(6)

Nale¿y podkreœliæ, ¿e osi¹gniêcie gêstoœci mocy ogniwa paliwowego przekraczaj¹cej 100–120 mW/cm2stanowi o jego potencjalnych zastosowaniach jako stacjonarnego gene- ratora pr¹du i ciep³a w praktyce komercyjnej. Takimi w³aœnie parametrami cechowa³y siê wêglanowe ogniwa paliwowe zasilane wodorem, kiedy w latach 1990–2000 przyst¹piono do budowy prototypów tych urz¹dzeñ [MC-Power (USA); ERC (USA), FCE (USA), Hitachi (Japonia), IHI (Japonia), MTU CFC Solutions (Niemcy), KEPRI (Korea)]. Zespo³y ba- dawcze polskich oœrodków naukowych osi¹gnê³y wyniki, które spe³niaj¹ to kryterium i s¹ na poziomie reprezentowanym przez czo³owe laboratoria œwiatowe. Przyk³adowe wyniki tes- tów ogniw ze sta³ym elektrolitem tlenkowym badanych w AGH przedstawione zosta³y na rysunku 3, przy czym ogniwa te zasilane by³y – odpowiednio – sproszkowanym, nieoczy- szczonym wêglem kopalnym z KWK Piast oraz amorficznym wêglem o bardzo wysokiej czystoœci pochodzenia biomasowego. W tym drugim przypadku zastosowano równie¿

katalizator przyspieszaj¹cy reakcje utleniania wêgla oraz ulepszone materia³y elektrodowe i elektrolitowe, z których wykonano ogniwo. Porównanie wyników przedstawionych na rysunku 3 wskazuje, ¿e nawet na obecnym etapie prac istnieje mo¿liwoœæ zasilania ogniw wêglowymi paliwami kopalnymi oraz znacznej poprawy parametrów pracy ogniw DCFC, pod warunkiem opracowania skutecznej i ekonomicznie uzasadnionej metody oczyszczania wêgli kopalnych, a tak¿e zastosowanie nowych, lepszych materia³ów i rozwi¹zañ kon- strukcyjnych do budowy ogniwa. Symbolicznym podsumowaniem tego etapu prac by³o

„zaœwiecenie” miniatury lampy górniczej, zasilanej wêglowym ogniwem paliwowym (rys. 4).

Rys. 2. Elementy ogniwa paliwowego wykonane w IKiFP PAN metod¹ odlewania foliowego (A) – katoda, (B) – kombinowana matryca LiAlO2+ (Li/K)CO3, (C) – anoda

Fig. 2. Components of a fuel cell made in the Institute of Catalysis and Surface Chemistry of the PAS by the Dr. Blade method: (A) – cathode, (B) – combined matrix LiAlO2+ (Li/K)CO3, (C) – anode

(7)

Rys. 3. Zale¿noœci gêstoœci mocy (P) od gêstoœci pr¹du (I) dla wêglowego ogniwa paliwowego ze sta³ym elektrolitem tlenkowym zasilanego nieoczyszczonym wêglem kopalnym z KWK Piast (A) i czystym wêglem pochodzenia biomasowego (B). Pokazano równie¿ wp³yw dodatku katalizatora do paliwa (20% wag. ¿elaza) na

charakterystyki ogniwa (A+20Fe i B+20Fe). Temperatura pomiarów 800°C

Fig. 3. Dependences of the power density (P) on the current density (I) for the direct carbon fuel cell with solid oxide electrolyte supplied with non-purified fossil coal from KWK Piast. Effects of catalyst addition to the fuel

(20 mass % of iron) on the cell characteristics (A+20Fe and B+20Fe) are also shown. Temperature of the measurements: 800°C

Rys. 4. Model lampki górniczej zasilanej z wêglowego ogniwa paliwowego ze sta³ym elektrolitem tlenkowym Fig. 4. Model of miner’s lamp powered by the direct carbon fuel cell with solid oxide electrolyte

(8)

TABELA1.OpisbadañnadwêglowymogniwempaliwowymprowadzonychwAkademiiGórniczo-HutniczejiInstytucieKatalizyiFizykochemii PowierzchniPANwKrakowie TABLE1.DescriptionofresearchondirectcarbonfuelcellsperformedintheAGH–UniversityofScienceandTechnologyandtheJerzyHaber InstituteofCatalysisandSurfaceChemistryofthePolishAcademyofSciences AkademiaGórniczo-Hutnicza,WydziEnergetykiiPaliwInstytutKatalizyiFizykochemiiPowierzchniPAN Rodzajwêglowegoogniwa paliwowegoZestymelektrolitemtlenkowymZelektrolitemzestopionychwêglaw 123 Zaletytechnologii

Glicznagrupamo¿liwychdozastosowaniamateria³ówelektro- dowychielektrolitowych Gwykorzystanierozwzañstosowanychwzaawansowanejtech- nologiiogniwpaliwowychzasilanychwodoremtypuSOFC Gprostotakonstrukcyjna Gwysokatemperaturapracy(650–950°C)zwkszaszybkoœæ reakcji,dostarczawartoœciowegociep³a Gmo¿liwæzasilania¿nymirodzajamiwêgla G³atwæusuwaniapopiów GudzireakcjiutlenianiaCO,pochodcegozreakcjiBoud- ourda,wwytwarzaniuenergiielektrycznej

Gprostaitaniakonstrukcja Gmawra¿liwænazanieczyszczeniawpaliwiewêglowym Gmo¿liwæzaadoptowanianajnowszychrozwzañtechnologii ogniwwêglanowychMCFCzasilanychpaliwamigazowymi ³atwakonstrukcjasystemówdostarczaniapaliwawêglowego iusuwaniapopiów Gdu¿a¿norodnoœæmo¿liwychdozastosowaniapaliwwêglo- wych Gzastosowaniewêglawpostronieanodowejzwkszastre reakcjiutlenianiapaliwawêglowego Wadytechnologii

Gograniczonastrefareakcji(obszarkontaktu:paliwo-elektro- da-elektrolit) Gwysokatemperaturapracykorozjawysokotemperaturowa Gwra¿liwænazawartoœæzanieczyszczwwêglu(szczelnie zwzkówsiarki)

Gsilnieagresywneœrodowisko(koniecznoœæstosowaniaspecjal- nychmateria³ówlubspecjalnychpokrwersjakosztowniejsza lubwymianaelemenwwersjatañsza) Gucieczka(odparowywanie)elektrolitu Gdegradacjakatodywtrakciepracyogniwa Gograniczeniatemperaturypracyogniwa Gograniczeniapr¹dówobci¹¿enia Najwa¿niejszekierunki badañ

Gwywtypuisposobuprzygotowaniapaliwawêglowegona parametrypracyogniwa.Testyzwybranymiwêglamipochodze- niabiomasowegoiwêglamikopalnymi.Oczyszczaniewêgli kopalnych

Gwnoleebadaniadwóchkonfiguracjiogniw:zkatoomy- wan¹ciek³ymiwêglanamiikatoomywan¹mieszanga- zow¹ Goptymalizacjawarunwpracyogniwa

(9)

TAB.1cd. TAB.1cont. 123 Osi¹gniêcia

Gosgnieciemaksymalnejstcimocyogniwapaliwowego zasilanegosurowymiwêglamikopalnymioko³o100mW/cm2 Gosgnieciemaksymalnejstcimocyogniwapaliwowego zasilanegooczyszczonymiwêglamikopalnymiorazwêglami pochodzeniabiomasowego120–180mW/cm2 Gopracowanietechnologiiwytwarzaniaelemenwogniwa DC-MCFCmetod¹odlewaniafoliowego,któradajemo¿liwæ powkszaniarozmiawogniwa Gosgnieciemaksymalnejstcimocyogniwapaliwowego DC-MCFCzasilanegosurowymiwêglamikopalnymiok.100 mW/cm2 wtemperaturze80C

(10)

Podsumowanie

Po osi¹gniêciu wymiernych sukcesów w dotychczas prowadzonych pracach badaw- czo-rozwojowych, przed krajowymi zespo³ami badawczymi stoj¹ nastêpne trudne zadania:

wyeliminowanie niepo¿¹danych efektów zanieczyszczeñ znajduj¹cych siê w wêglach ko- palnych na pracê ogniwa w trakcie d³ugotrwa³ej prób pod obci¹¿eniem (co najmniej kilku- tygodniowych), znalezienie sposobów na stabilizacjê parametrów pracy ogniw w tym okresie, a nastêpnie przyst¹pienie do budowy pierwszych zespo³ów (stosów) ogniw paliwowych z nastawieniem na zastosowania komercyjne w przysz³oœci. Budowa sprawnie dzia³aj¹cego generatora z wêglowym ogniwem paliwowym i wprowadzenie go na rynek za rozs¹dn¹ cenê, przynios³yby spo³eczeñstwu i krajowi wymierne korzyœci w specyficznych polskich wa- runkach (bogate z³o¿a wêgla) w przypadku zaostrzenia polityki emisyjnej przez UE.

Literatura

BEHLING, N.H. 2012. Fuel Cells: Current Technology Challenges and Future Research Needs (First ed.). Elsevier Academic Press.

CAO, D., SUN, Y. i WANG, G. 2007. Direct carbon fuel cell: Fundamentals and recent development.

Journal of Power Sources, vol. 167, pp. 250–257.

CARTER, D. 2013. Latest Development in the Ene-Farm Scheme. Fuel Cell Today:

http://www.fuelcelltoday.com/analysis/analyst-views/2013/13-02-27-latest-developments-in- -the-ene-farm-scheme.

COOPER, J.F. i SELMAN, J.R. 2009. Electrochemical oxidation of carbon: a review. ECS Transaction, vol. 19, No. 14, p. 15.

Fuel Cell Handbook (Fifth Edition), U.S. Department of Energy, Morgantown, 2000, Handel emisjami CO2, cire.pl, 2014: http://www.cire.pl/handelemisjamiCO2/odcinki.html.

High Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals, Design and Applications, Red. Singhal C., Kendall K., Elsevier, Amsterdam, 2004.

KANNICHEM. i in. 2010. Pre-combustion, post-combustion and oxy-combustion in thermal power plant for CO2 capture. Applied Thermal Engineering, vol. 30, pp. 53–62,

KOBY£ECKI, R. i BIS, Z. 2008. Wêglowe ogniwo paliwowe – wysoko sprawne Ÿród³o czystej energii elektrycznej. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 11 z. 1, str. 219–226.

Komunikat COM (2011) 885/2: „Energy Roadmap 2050”:

http://ec.europa.eu/energy/energy2020/roadmap/doc/com_2011_8852_en.pdf

MARKEWITZ, P. i in. 2012. Worldwide innovations in the development of carbon capture technologies and the utilization of CO2. Energy and Environmental Science, vol. 5, pp. 7281–7305.

Proposal for a Decision COM (2012) 416:

http://www.cep.eu/en/analyses-of-eu-policy/climate-protection/backloading.

SRINIVASAN, S. 2006. Fuel Cells. From Fundamentals to Applications. Springer, N.Y., p. 378.

ZHAO, M., MINETT, A.I. i HARRIS, A.T. 2013. A review of techno-economic models for the retrofitting of conventional pulverised-coal power plants for post-combustion capture (PCC) of CO2. Energy and Environmental Science, vol. 6, pp. 25–40.

(11)

Magdalena DUDEK, Piotr TOMCZYK, Bart³omiej LIS, Grzegorz MORDARSKI

Direct carbon fuel cells – selected domestic activities

Abstract

EU energy policy has given high priority to the reduction of CO2emissions, first and foremost the emissions from the power industry. To meet this challenge, especially in Poland where the power industry is based on hard and brown coal power plants, adequate countermeasures should be under- taken as soon as possible. One possible approach is to increase the efficiency of electricity production from fossil fuels, together with the employment of CO2 sequestration. Recently, there has been vigorous development in the area of direct carbon fuel cells, effective generators of electricity whose single byproduct of operation is concentrated CO2. This paper describes the fundamentals of operation of direct carbon fuel cells, their advantages and disadvantages in comparison to hydrogen-oxygen fuel cells, as well as their technological status. The analysis also reviews the achievements of two research centres in Krakow, Poland which are involved in the development of this technology, the AGH – University of Science and Technology and the Jerzy Haber Institute of Catalysis and Surface Chemistry of the Polish Academy of Sciences.

KEY WORDS: fuel cell, direct carbon fuel cell, DCFC, electromechanical oxidation of carbon

(12)

Cytaty

Powiązane dokumenty

16// Zob. Sławiński Funkcje krytyki literackiej, „Twórczość" 1962 nr 8; przedruk w: Dzieło. Sławiński Krytyka literacka jako przedmiot badań historycznoliterackich, w:

Paliwo musi być konwertorowane na gaz zawierający wodór H 2 w odrębnym urządzeniu- reforming zewnętrzny lub reforming wewnętrzny z wykorzystaniem ciepła

W świetle rozwijających się współcześnie badań nad doborem i modyfikacją materiału anody i elektrolitu w ogniwach paliwowych z bezpośrednim utlenianiem

Het vrijgeven van het AHN-1 25m raster als open data heeft ertoe geleid dat de bestelling voor alle AHN-1 data in 2011 van 195 kaartbladen door in totaal 35 unieke externe

Rolę takiego źródła może spełnić ogniwo paliwowe typu PEM zlokalizowane blisko źródeł odnawialnych, ponieważ szybko dostosowuje się do zmiany

Aby sprostaæ temu wyzwaniu w Polsce, której energetyka opiera siê g³ównie na elektrowniach spalaj¹cych wêgiel kamienny i bru- natny, nale¿y ju¿ dzisiaj podj¹æ

Wziêto pod uwagê ujêcie metanu systemami podziemnego odmetanowania, podobnie jak czyni siê to w obecnie czynnych kopalniach wêgla, ze szcze- gólnym uwzglêdnieniem

In addition, direct carbon fuel cells enjoy a number of other advantages among which one should mention: the use of solid fuel – elementary coal, which can be obtained from