Buhar türbini olmadan kömürden doğrudan elektrik üreten ZC-DCFC teknolojisi geliştirildi
Kömürle temiz enerji üretmek yıllardır enerji sektörünün en büyük hayallerinden biriydi. Shenzhen Üniversitesi’nden Prof. Xie Heping ve ekibi, bu hayali gerçeğe dönüştürecek bir teknoloji geliştirdi. Sıfır karbon emisyonlu doğrudan kömür yakıt hücresi (ZC-DCFC) adı verilen sistem, kömürü klasik yöntemlerin aksine yakmıyor. Onun yerine elektrokimyasal bir reaksiyonla doğrudan elektrik üretiyor.
Klasik santraller neden yetersiz kalıyor?
Bugün dünyanın dört bir yanındaki kömürlü termik santraller aynı prensibe dayanır. Kömür yakılır, ortaya çıkan ısı suyu buharlaştırır, buhar türbinleri döndürür. Bu zincirleme süreç Carnot çevrimi denilen termodinamik bir yasaya takılı kalır. En modern tesislerde bile verimlilik yüzde 45’i geçemez. Her bir kilovatsaat elektrik için atmosfere 800 gramdan fazla karbondioksit salınır. Xie Heping’in ekibi işte bu duvarı aşmayı başardı. Yanma aşamasını komple ortadan kaldırarak Carnot sınırını geçersiz kıldılar.
Elektrokimyasal dönüşüm nasıl işliyor?
Sistemin çalışma mantığı aslında bir yakıt hücresine benziyor. Kömür önce mikron seviyesinde toz haline getiriliyor. Ardından kurutma, arıtma ve yüzey işlemlerinden geçiriliyor. Hazırlanan bu malzeme hücrenin anot tarafına besleniyor. Katot bölümüne ise oksijen veriliyor. İki taraf arasındaki oksit membran üzerinden gerçekleşen reaksiyon, bildiğimiz yanma sürecinden tamamen farklı. Ortada ne alev var ne duman. Kömürün kimyasal enerjisi tek adımda elektrik akımına dönüşüyor.
Karbon yakalama sistemi de dahil
İşin en can alıcı kısmı ise ortaya çıkan karbondioksitin yönetimi. Geleneksel bacalardan atmosfere karışan CO₂ burada adım adım kontrol altında. Reaksiyonun çıktısı olan karbondioksit daha hücre içindeyken yakalanıyor. Toplanan bu gaz ya sentetik yakıt gibi değerli kimyasallara dönüştürülüyor ya da sodyum bikarbonat formunda mineralleştiriliyor. Kapalı döngü sayesinde sistemi terk eden karbon miktarı neredeyse sıfıra iniyor. Araştırmacılar tüm bu işlemin son derece sessiz ve titreşimsiz gerçekleştiğini vurguluyor.
2018’den bugüne gelen yolculuk
Aslında doğrudan karbon yakıt hücreleri (DCFC) tümüyle yeni bir kavram değil. Fakat önceki prototipler iki büyük sorunla boğuşuyordu: birim alandan alınan güç çok düşüktü ve hücreler kısa sürede bozuluyordu. Xie Heping’in grubu 2018’den beri süren çalışmalarla bu bariyerleri birer birer aştı. Malzeme bilimindeki ilerlemeler, elektrot tasarımındaki yenilikler ve sürekli yakıt besleme mekanizmaları sayesinde yeni protokol hem daha dayanıklı hem de ölçeklenmeye uygun hale geldi. Energy Reviews dergisinde yayımlanan son bulgular, laboratuvar ölçeğinde istikrarlı çalışmanın artık mümkün olduğunu ortaya koyuyor.
Derin kömür damarlarında yerinde elektrik
Teknolojinin belki de en sıra dışı vaadi, yer altındaki kömürü çıkarmadan enerjiye çevirebilmek. Xie’nin verdiği bilgilere göre sistem, yaklaşık 2 kilometre derinlikteki kömür damarlarına yerleştirilebilir. Kömürü yüzeye taşıyıp nakletmek yerine, doğrudan bulunduğu yerde elektriğe dönüştürmek mümkün. Bu yaklaşım hem işletme maliyetlerini ciddi oranda düşürebilir hem de sığ rezervlerin tükenmesiyle baş gösterecek arz sıkıntısını hafifletebilir.
Ticarileşme için daha zaman var
Her şeye rağmen ZC-DCFC teknolojisinin önünde kat etmesi gereken uzun bir yol bulunuyor. Uzmanlar laboratuvarda kanıtlanmış bir kavram ile endüstriyel ölçekte uygulanabilir bir ürün arasında ciddi bir mesafe olduğuna dikkat çekiyor. HBIS Group Xuansteel’den kıdemli mühendis Wei Zhijiang’ın değerlendirmesine göre sistemin maliyet açısından rekabetçi hale gelmesi 2045’ten önce pek mümkün görünmüyor. Üstelik Çin’in mevcut kömür santrallerinin yarısı henüz 15 yaşında. Devasa altyapının kısa vadede yenilenmesi ekonomik açıdan gerçekçi değil. Yine de bu çalışma fosil yakıtların geleceğine dair ezberleri bozuyor ve bize alışılmışın dışında çözümlerin de mümkün olduğunu hatırlatıyor. hedefbilgitoplumu.com
