中国的电化学系统将煤炭转化为电力，且不直接碳排放
传统的燃煤发电通常伴随着高污染水平、显著的碳排放和相对较低的效率。然而，一种新的燃煤发电方式正在通过彻底去除燃烧来挑战长期以来的观念。
该系统不再燃烧煤炭，而是直接将化学能转化为电能，避免了通常决定其环境影响的二氧化碳排放。这一突破来自由深圳大学中国科学院谢和平领导的研究团队，他们开发了所谓的零碳排放直接燃煤燃料电池（ZC-DCFC）。
这一概念实际上将煤炭重新定义为一种电化学能源，而非可燃烧的燃料，有望为化石资源的更清洁利用开辟新途径。
燃煤燃料电池设计消除了蒸汽循环或燃烧的需求
该系统中的煤炭经过多步骤制备，而非燃烧，之后才用于发电。煤炭先被粉碎成细粉，然后干燥、纯化并在表面处理以优化其反应性。处理后的煤炭随后被引入燃料电池的阳极室，而氧气则供应到阴极侧，南华早报报道。
在电池内部，煤颗粒直接通过氧化膜被氧化，产生电化学反应，现场产生电力。关键是，这种方法消除了传统发电阶段的需求，如蒸汽生产和机械轮机，这些通常是燃煤电厂的核心。
在阳极出口处，反应产生的二氧化碳被现场直接捕获，然后通过催化转化为有用的化学原料如合成气，或化学稳定化为碳酸氢钠等化合物。这种碳的闭环处理方式使得过程被描述为运行中既安静又干净。
相比之下，传统的燃煤电厂依赖燃烧产生热能，然后利用这些热能产生蒸汽，驱动涡轮发电机通过多级能量转换链。这一间接路径本质上受热力学限制，尤其是热机相关的卡诺效率上限，限制了燃料能量转化为可用电能的比例。
突破提升了耐用性和功率输出极限
谢氏认为，传统燃煤发电过程本质上受卡诺循环限制，热效率约为40%。相比之下，他认为零碳排放的直接燃煤燃料电池（ZC-DCFC）避免了燃烧和热基发动机系统带来的能量损失，从而实现了显著更高的理论效率。
自2018年以来，谢氏的研究团队通过多次迭代逐步推进该技术，解决材料科学、电池电池耐用性、燃料加工以及持续供煤能力等方面的持续挑战。早期的直接碳燃料电池存在功率密度有限和短寿命的问题，而最新设计旨在通过渐进式工程改进解决这些问题。
不过，据研究团队称，最新版本的燃料电池提升了烟囱的可扩展性、长期稳定性、碳转化效率以及整体系统集成。
谢还指出，这一概念可以应用于地下约1.2英里深的深煤层。该系统无需开采煤炭并运输煤炭到地表——这是一项昂贵且复杂的过程——而是可以将煤炭原位转换为电力，仅向上传输电力。反过来，这种方法有助于缓解浅层煤储量逐渐减少时的供应压力。
