Energetika stojí pred jednou z najväčších výziev modernej doby. Dopyt po elektrine celosvetovo rastie a hoci obnoviteľné zdroje napredujú rýchlejším tempom ako kedykoľvek predtým, uhlie stále zostáva dominantným zdrojom elektrickej energie v mnohých krajinách.

Podľa Medzinárodnej agentúry pre energetiku pokrývali uhoľné elektrárne v Číne v roku 2023 celých 61 percent tamojšej produkcie elektriny. Svet preto hľadá spôsoby, ako využiť tento fosílny zdroj bez negatívnych dôsledkov pre klímu, a práve tento problém sa rozhodol riešiť tím čínskych vedcov.

Zelená uhoľná energia

Výskumný tím vedený profesorom Xie Hepingom z Čínskej akadémie vied pôsobiacej na Shenzhenskej univerzite vyvinul systém, ktorý premieňa uhoľnú energiu priamo na elektrinu bez toho, aby pri tom dochádzalo k spaľovaniu. Na rozdiel od klasickej uhoľnej elektrárne, kde sa uhlie spaľuje a vzniknuté teplo poháňa parné turbíny, tento systém obchádza celý tepelný cyklus a pracuje na princípe elektrochémie.

Postup spracovania uhlia v tomto systéme začína jeho rozdrvením na jemný prášok, ktorý sa následne suší, čistí a povrchovo upravuje tak, aby čo najlepšie reagoval v palivovom článku. Pripravené uhoľné častice sa zavádzajú do anódovej komory článku, zatiaľ čo kyslík vstupuje z katódovej strany.

Vnútri zariadenia prebieha oxidácia uhoľných častíc pomocou oxidovej membrány, čo vyvolá elektrochemickú reakciu a priamo vzniká elektrina. Celý proces nevyžaduje paru, turbíny, ani žiadne ďalšie konverzné stupne, ktoré sú bežné v klasických elektrárňach.

Kľúčovým aspektom technológie je aj nakladanie s oxidom uhličitým, ktorý vzniká pri reakcii v anóde. Namiesto toho, aby unikol do ovzdušia, je okamžite zachytený priamo v mieste vzniku.

Pixabay

Zachytený plyn sa potom katalyticky premieňa na užitočné chemické látky, napríklad na syntézny plyn, alebo sa chemicky stabilizuje na zlúčeniny ako hydrogénuhličitan sodný. Výsledkom je uzavretý systém, z ktorého emisie neunikajú do atmosféry, čo ho odlišuje od akejkoľvek doterajšej technológie, ktorá využíva uhlie.

Účinnejšia než štandardné elektrárne

Tradičné uhoľné elektrárne sú z hľadiska fyziky obmedzené takzvaným Carnotovým cyklom, čo v praxi znamená, že maximálna termická účinnosť pri premene tepla na elektrinu dosahuje zhruba 40 percent. Elektrochemický prístup, ktorý vynecháva spaľovanie a tepelnú konverziu, tento strop obchádza a teoreticky umožňuje dosiahnutie výrazne vyššej účinnosti.

Gemini

Profesor Xie na tomto výskume pracuje od roku 2018 a každá nová generácia systému priniesla zlepšenia v oblasti odolnosti materiálov, hustoty výkonu aj dlhodobej stability zariadenia.

Najnovšia verzia palivového článku sa zameriava najmä na škálovateľnosť, teda možnosť zostavovať väčšie systémy z viacerých modulov, na dlhodobú stabilitu prevádzky a na efektívnejšiu konverziu uhlíka. Vedci zdôrazňujú, že technológia nie je len laboratórnou kuriozitou.

Profesor Xie uviedol, že systém by mohol byť použitý priamo pod zemou v hlbokých uhoľných ložiskách, teda v hĺbke asi dvoch kilometrov. Namiesto ťažkého a nákladného vynášania uhlia na povrch by sa energia generovala priamo v hĺbke a na povrch by sa prenášala iba elektrina. Takýto prístup by zároveň pomohol zmierniť tlak na zásoby uhlia v plytších vrstvách, ktoré sa postupne vyčerpávajú.

Objavenie tohto riešenia prichádza v čase, keď je Čína napriek masívnym investíciám do obnoviteľných zdrojov stále závislá od uhlia. Čína už v roku 2026 začala s výstavbou uhoľných zdrojov s kapacitou 94,5 gigawattov, čo je historické maximum od roku 2015.

Podiel uhlia na čínskom energetickom mixe sa síce každoročne mierne znižuje, no v absolútnych číslach krajina stále spotrebúva tretinu celosvetovej produkcie tohto fosílneho paliva. Práve preto môže mať technológia, ktorá dokáže z uhlia vyrábať elektrinu bez priamych emisií, obrovský potenciál nielen pre Čínu, ale aj pre ďalšie krajiny, ktoré sa z energetickej závislosti na uhlí len ťažko vymaňujú.

Čítajte viac z kategórie: Ekológia