行業知識
碳粉發電
2026-04-12 14:47:05
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同樣是利用碳燃料，相比火力發電，“直接燃料電池”更清潔、高效，隻是因為溫度過高，它很難用在汽車上。
燃燒使碳迅速氧化成二氧化碳、利用放出的熱量加熱水、用高壓水蒸氣推動葉片繼而讓線圈切割磁力線，最終發出電來—這是在那些冒著滾滾濃煙的火力發電廠裏，每天都在發生的事，人們已經對它習以為常。但通過被叫做“直接碳燃料電池”的技術，碳可以直接在變成二氧化碳的過程中發電，省去了更多麻煩，更高效，而且對環境更友好。
直接碳燃料電池是“氫燃料電池”dejinqin，houzheshiqichegongsidechonger。shiyongtanyangjihegaowendianjiezhidezhezhongxiaoxingfadianzhuangzhi，nenggouyijigaodexiaolvwanchenghuaxuenenghediannengdezhuanhuan，erchanshengdefuchanpin，daduozhishixiangdangchunjingdeeryanghuatan。suiranzaozai19世紀中葉人們就開始嚐試製造這種燃料電池，但是直到今天，我們才看見一些商業化的前景。
1838年，德國化學家Christian Friedrich Sch?nbein發fa現xian，當dang將jiang白bai金jin電dian極ji放fang在zai酸suan性xing溶rong液ye中zhong並bing且qie通tong入ru氫qing氣qi和he氧yang氣qi的de時shi候hou，就jiu會hui產chan生sheng電dian流liu。僅jin僅jin在zai第di二er年nian，其qi他ta科ke學xue家jia重zhong複fu了le他ta的de發fa現xian，並bing且qie製zhi造zao出chu了le最zui原yuan始shi的de燃ran料liao電dian池chi：fenbiezaiguanmanqingqiheyangqidebutongshiguanneicharubaijindianji，bingqiejinpaozaisuanxingrongyezhong。zaibaijindecuihuaxia，zhexieqitifenjiechenglizi，erfangchuhexishoudianzidexuqiu，zaidianlulixingchengledianliu。zhidaojintian，shiyongqingqiheyangqideranliaodianchi，yuanliyemeiyoutaidadebianhua。
在地球上，氫並不算是容易獲得的資源。而碳則不然。幾乎在任何地方我們都能找到碳，煤、石油、煙囪裏的黑灰乃至農業垃圾和塑料垃圾都有大量的碳元素。將碳變成燃料電池的直接原料，將會讓我們更方便地獲得電力。
直接碳燃料電池的迅速發展是在1970年代以後。人們開始嚐試使用熔融的碳酸鹽或者強堿做為電解質，用顆粒狀、多duo孔kong的de碳tan材cai料liao做zuo為wei陽yang極ji，使shi用yong鐵tie鎳nie這zhe類lei金jin屬shu的de氧yang化hua物wu作zuo為wei陰yin極ji製zhi造zao燃ran料liao電dian池chi。在zai這zhe樣yang的de電dian池chi中zhong，碳tan和he水shui在zai內nei部bu重zhong整zheng成cheng一yi氧yang化hua碳tan和he氫qing，再zai與yu氧yang氣qi反fan應ying成cheng為wei二er氧yang化hua碳tan和he水shui。輸shu出chu的de隻zhi有you電dian力li和he二er氧yang化hua碳tan，而er這zhe樣yang高gao純chun度du的de二er氧yang化hua碳tan，完wan全quan不bu需xu要yao淨jing化hua的de過guo程cheng，就jiu可ke以yi用yong於yu工gong業ye生sheng產chan，或huo者zhe直zhi接jie固gu化hua回hui收shou就jiu好hao。在zai探tan索suo燃ran料liao電dian池chi的de過guo程cheng中zhong，人ren們men同tong時shi也ye在zai尋xun找zhao更geng合he適shi的de發fa電dian燃ran料liao。
在英國，每年有超過10萬噸的中密度纖維板（MDF）被家具工業所丟棄，不過，這些被遺棄的纖維板現在有了新用場。英國聖安德魯斯大學的約翰·歐文及其團隊表示，中密度纖維板可以在最小限度改裝下為直接碳燃料電池提供電能。
歐文及其研究團隊首先在500℃degaowendanqihuanjingxiaduizhongmiduxianweibansuitiaojinxinglechuli，yiquchushuizhengqiheqitahuifaxingqiti。ouwenbiaoshi，zheyihaofeidiliandeguochengkeshizhongmiduxianweibangengjiajinshi、輕便、易於被送至所需的地方。隨後，研究人員把處理過的纖維板烘幹製成粉末，與鋰和碳酸鉀混合，作為燃料電池的電解質。在溫度處於500℃至800℃之間時，這些混合物將促使中密度纖維板內的碳和注入電池內的氧氣相結合，產生二氧化碳並使電子電離化,生成所需的電流。
製成的電池可在電流密度為每平方厘米200毫安的情況下提供每平方厘米100毫瓦的電能，這意味著一枚邊長為10厘米的正方形電池可在電流為20安培的情況下產生2伏特的電壓。這與其他類型的直接碳燃料電池相似，可應用於大規模的發電廠中。
看起來不錯，但是在目前來看，直接碳燃料電池的使用也還會受到一些限製。它也許並不適合電動汽車—直接碳燃料電池的工作溫度較高，使用熔融氫氧化物的電池工作溫度在400℃到750℃左右，熔融碳酸鹽電池的工作溫度在650℃到800℃。這讓它更適合成為發電廠的附加清潔模塊，或者為小型獨立的區域供電。
而er在zai這zhe種zhong燃ran料liao電dian池chi中zhong，對dui材cai料liao的de預yu處chu理li也ye是shi個ge重zhong要yao問wen題ti。雖sui然ran石shi墨mo是shi高gao純chun度du的de碳tan，但dan是shi它ta的de片pian狀zhuang結jie構gou並bing不bu符fu合he需xu要yao，而er且qie價jia格ge也ye太tai高gao。人ren們men已yi經jing發fa現xian，陽yang極ji材cai料liao的de活huo性xing取qu決jue於yu結jie晶jing混hun亂luan度du和he比bi表biao麵mian積ji，大da體ti來lai說shuo，結jie構gou越yue不bu規gui則ze、比(bi)表(biao)麵(mian)積(ji)越(yue)大(da)，活(huo)性(xing)就(jiu)會(hui)越(yue)高(gao)。碳(tan)纖(xian)維(wei)材(cai)料(liao)和(he)使(shi)用(yong)核(he)桃(tao)殼(ke)之(zhi)類(lei)生(sheng)物(wu)質(zhi)燒(shao)製(zhi)的(de)活(huo)性(xing)炭(tan)都(dou)有(you)不(bu)錯(cuo)的(de)表(biao)現(xian)，而(er)把(ba)煤(mei)用(yong)焦(jiao)油(you)粘(zhan)接(jie)後(hou)高(gao)溫(wen)碳(tan)化(hua)形(xing)成(cheng)的(de)結(jie)構(gou)，也(ye)能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)需(xu)要(yao)。如(ru)果(guo)碳(tan)電(dian)極(ji)裏(li)有(you)過(guo)多(duo)的(de)雜(za)質(zhi)，將(jiang)會(hui)讓(rang)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)很(hen)快(kuai)失(shi)活(huo)，因(yin)此(ci)如(ru)何(he)盡(jin)可(ke)能(neng)多(duo)地(di)去(qu)除(chu)雜(za)質(zhi)，也(ye)是(shi)預(yu)處(chu)理(li)中(zhong)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)課(ke)題(ti)。
雖然有這樣苛刻的限製，但是直接碳燃料電池的巨大優點依然讓人們難以割舍。它環保、高效，而且原材料豐富—布魯克海文國家實驗室的計算指出，基於直接碳燃料電池的熱電循環係統，熱效率能達到90%之高；而與傳統火力發電廠和製氫廠相比，二氧化碳排放量可以減少77%，成(cheng)本(ben)也(ye)會(hui)有(you)相(xiang)當(dang)程(cheng)度(du)的(de)降(jiang)低(di)。也(ye)許(xu)直(zhi)接(jie)碳(tan)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)，能(neng)夠(gou)幫(bang)助(zhu)我(wo)們(men)在(zai)今(jin)天(tian)這(zhe)個(ge)化(hua)石(shi)燃(ran)料(liao)越(yue)來(lai)越(yue)缺(que)乏(fa)和(he)對(dui)環(huan)境(jing)保(bao)護(hu)的(de)要(yao)求(qiu)越(yue)來(lai)越(yue)嚴(yan)格(ge)的(de)時(shi)代(dai)裏(li)，找(zhao)到(dao)更(geng)多(duo)的(de)能(neng)源(yuan)。最(zui)近(jin)美(mei)國(guo)《大眾機械》雜誌將之評為2010年最有前途的技術之一，足以表現出人們對它美好前景的信心。
今年，加利福尼亞州自然資源研究所下屬的直接碳技術公司計劃建造10千瓦直接碳燃料電池原型，以生物質垃圾做為原料；俄亥俄州的Contained Energygongsizeyijingshenqingleyixiepaitaxingzhuanli，shituzaizhezhongxinxingfadianzhuangzhideshichangshangqiangdexianji。zhezhongxindexiaoxingqingjiefadianfangshi，yexuhuigaibianrenmenduiyuchuantongfadianshebeideyinxiang，yekenenghuichengweinaxiequefadianlidechengzhendexinjumin。
