行業知識
碳粉發電
2026-04-11 09:42:08
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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”的(de)近(jin)親(qin)，後(hou)者(zhe)是(shi)汽(qi)車(che)公(gong)司(si)的(de)寵(chong)兒(er)。使(shi)用(yong)碳(tan)陽(yang)極(ji)和(he)高(gao)溫(wen)電(dian)解(jie)質(zhi)的(de)這(zhe)種(zhong)小(xiao)型(xing)發(fa)電(dian)裝(zhuang)置(zhi)，能(neng)夠(gou)以(yi)極(ji)高(gao)的(de)效(xiao)率(lv)完(wan)成(cheng)化(hua)學(xue)能(neng)和(he)電(dian)能(neng)的(de)轉(zhuan)換(huan)，而(er)產(chan)生(sheng)的(de)副(fu)產(chan)品(pin)，大(da)多(duo)隻(zhi)是(shi)相(xiang)當(dang)純(chun)淨(jing)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)。雖(sui)然(ran)早(zao)在(zai)19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、duokongdetancailiaozuoweiyangji，shiyongtieniezheleijinshudeyanghuawuzuoweiyinjizhizaoranliaodianchi。zaizheyangdedianchizhong，tanheshuizaineibuzhongzhengchengyiyanghuatanheqing，zaiyuyangqifanyingchengweieryanghuatanheshui。shuchudezhiyoudianliheeryanghuatan，erzheyanggaochundudeeryanghuatan，wanquanbuxuyaojinghuadeguocheng，jiukeyiyongyugongyeshengchan，huozhezhijieguhuahuishoujiuhao。zaitansuoranliaodianchideguochengzhong，renmentongshiyezaixunzhaogengheshidefadianranliao。
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℃的(de)高(gao)溫(wen)氮(dan)氣(qi)環(huan)境(jing)下(xia)對(dui)中(zhong)密(mi)度(du)纖(xian)維(wei)板(ban)碎(sui)條(tiao)進(jin)行(xing)了(le)處(chu)理(li)，以(yi)去(qu)除(chu)水(shui)蒸(zheng)氣(qi)和(he)其(qi)他(ta)揮(hui)發(fa)性(xing)氣(qi)體(ti)。歐(ou)文(wen)表(biao)示(shi)，這(zhe)一(yi)耗(hao)費(fei)低(di)廉(lian)的(de)過(guo)程(cheng)可(ke)使(shi)中(zhong)密(mi)度(du)纖(xian)維(wei)板(ban)更(geng)加(jia)緊(jin)實(shi)、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、bibiaomianjiyueda，huoxingjiuhuiyuegao。tanxianweicailiaoheshiyonghetaokezhileishengwuzhishaozhidehuoxingtandouyoubucuodebiaoxian，erbameiyongjiaoyouzhanjiehougaowentanhuaxingchengdejiegou，yenenggoumanzuxuyao。ruguotandianjiliyouguoduodezazhi，jianghuirangranliaodianchihenkuaishihuo，yinciruhejinkenengduodiquchuzazhi，yeshiyuchulizhongdeyigezhongyaoketi。
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 Energy公gong司si則ze已yi經jing申shen請qing了le一yi些xie排pai他ta性xing專zhuan利li，試shi圖tu在zai這zhe種zhong新xin型xing發fa電dian裝zhuang置zhi的de市shi場chang上shang搶qiang得de先xian機ji。這zhe種zhong新xin的de小xiao型xing清qing潔jie發fa電dian方fang式shi，也ye許xu會hui改gai變bian人ren們men對dui於yu傳chuan統tong發fa電dian設she備bei的de印yin象xiang，也ye可ke能neng會hui成cheng為wei那na些xie缺que乏fa電dian力li的de城cheng鎮zhen的de新xin居ju民min。
