行業知識
碳粉發電
2026-04-11 11:48:27
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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：分(fen)別(bie)在(zai)灌(guan)滿(man)氫(qing)氣(qi)和(he)氧(yang)氣(qi)的(de)不(bu)同(tong)試(shi)管(guan)內(nei)插(cha)入(ru)白(bai)金(jin)電(dian)極(ji)，並(bing)且(qie)浸(jin)泡(pao)在(zai)酸(suan)性(xing)溶(rong)液(ye)中(zhong)。在(zai)白(bai)金(jin)的(de)催(cui)化(hua)下(xia)，這(zhe)些(xie)氣(qi)體(ti)分(fen)解(jie)成(cheng)離(li)子(zi)，而(er)放(fang)出(chu)和(he)吸(xi)收(shou)電(dian)子(zi)的(de)需(xu)求(qiu)，在(zai)電(dian)路(lu)裏(li)形(xing)成(cheng)了(le)電(dian)流(liu)。直(zhi)到(dao)今(jin)天(tian)，使(shi)用(yong)氫(qing)氣(qi)和(he)氧(yang)氣(qi)的(de)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)，原(yuan)理(li)也(ye)沒(mei)有(you)太(tai)大(da)的(de)變(bian)化(hua)。
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℃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。
erzaizhezhongranliaodianchizhong，duicailiaodeyuchuliyeshigezhongyaowenti。suiranshimoshigaochundudetan，danshitadepianzhuangjiegoubingbufuhexuyao，erqiejiageyetaigao。renmenyijingfaxian，yangjicailiaodehuoxingqujueyujiejinghunluanduhebibiaomianji，datilaishuo，jiegouyuebuguize、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。
