28 Aprilie 2026, 15:10
Redacţia PiataAuto.md
Centralele cu cărbune sunt considerate printre cele mai poluante forme de a produce electricitate, din cauza emisiilor mari de carbon, dar şi a reziduurilor de cenuşă şi alte impurităţi conţinute în cărbune, care ajung de obicei pe ţeava de ieşire a acestor centrale. Chiar dacă în timp au mai fost dezvoltate filtre, şi chiar dacă preţul cărbunelui obişnuia să fie cel mai mic dintre toţi combustibilii fosili, centralele cu cărbune au devenit un adevărat paria în energetică în zilele noastre. China are încă foarte multe asemenea centrale active, deşi în ultimii ani construieşte cu un ritm galopant centrale nucleare şi hidrocentrale, precum şi parcuri fotovoltaice şi eoliene. Însă şi China are angajamente prin care va trebui să reducă numărul lor, pentru a se conforma ţintelor de reducere a CO2-ului şi poluării. Totuşi, acum inginerii chinezi au creat tehnologia primei centrale cu cărbuni din lume, care nu va arde cărbunele, dar va produce totuşi electricitate din el, cu zero emisii pentru atmosferă.
Foto: Un concept de centrală cu idei parţial similare, elaborat cândva de universitatea MIT din SUA, care a fost considerat neviabil în practică
Echipa de ingineri care a elaborat tehnologia e condusă de Xie Heping, un membru al Academiei de Ştiinţe din China, şi totodată cercetător împreună cu colegii săi la Universitatea din Shenzhen. Ei spun că au luat la bază o idee oarecum cunoscută teoretic de demult, dar care era considerată nepractică şi dificilă întotdeauna din cauza experimentelor din viaţa reală, şi au eliminat rând pe rând toate piedicile pentru a ajunge la o tehnologie viabilă, care a fost testată şi poate funcţiona uimitor de bine în realitate.
Foto: Xie Heping, şeful echipei de ingineri
Într-o centrală obişnuită de cărbune, acesta e trece printr-un proces de ardere directă, prin flacără, eliminând căldură. Acea căldură încălzeşte un circuit de apă, transformând-o în abur, iar aburul propulsează o turbină, la rândul lui, care generează electricitate. În 2025, China încă mai avea 45% din toate capacităţile de generare a electricităţii la nivel de ţară în centrale cu cărbune, iar cota lor în producţia anuală de electricitate încă mai constituia 60%, ceea ce e enorm de mult. Şi multe din aceste centrale au doar circa 15 ani vechime, fiind încă relativ noi după standardele industriale.
Randamentul întregului proces din centralele obişnuite cu cărbune e de 40% în cel mai bun caz, iar în cazuri realiste e plasat între 30% şi 40%. O tonă de cărbune poate avea între 6.150 şi 8.141 kWh de energie conţinută în ea, cu o valoare mai des întâlnită pentru cărbunele folosit în China de circa 6.700 kWh per tonă. La un randament de 30-40%, asta înseamnă o producţie de circa 2.010-2.580 kWh de electricitate din arderea unei tone de cărbune.
Prin tehnologia elaborată de echipa de ingineri din China, cărbunele nu ar fi ars, ci trecut printr-o instalaţie cu celule electrochimice, sau pile de combustie, exact după principiul prin care din hidrogen e produsă electricitatea. Deci, efectiv cărbunele n-ar fi ars, ci încălzit şi oxidat, eliberând direct electricitate prin reacţii chimice. Strict tehnic, şi arderea e un proces de oxidare, doar că aici vorbim de o oxidare electrochimică.
Astfel, prin această tehnologie, carbonul care se conţine în cărbune şi ajunge în anodul instalaţiei reacţionează cu oxigenul din aer, generând CO2 cu eliberarea a 4 electroni care migrează către circuitul extern generând un curent electric utilizabil. La catod, oxigenul din aer captează electronii care revin din circuit şi se transformă în ioni de oxigen. Aceşti ioni migrează apoi prin electrolit înapoi spre anod, închizând astfel circuitul ciclului electrochimic.
Foto: Reprezentare grafică a principiului cu care funcţionează o instalaţie cu celule electrochimice pe bază de cărbune
Prin acest proces, energia chimică a carbonului, conţinut în cărbune, e transformată direct în electricitate, excluzându-se etapele de ardere, încălzire a apei şi transformare în abur şi mişcarea mecanică a turbinei cu ajutorul aburului. Iar asta elimină o mare parte din efectele nedorite de la arderea cărbunilor, precum emisiile masive greu de filtrat sau captat, dar totodată exclude o mare parte din pierderile prin căldură ce survin în procesul de ardere a cărbunelui. Inginerii chinezi spun că randamentul izolat al celulei electrochimice ar putea atinge 80%, iar cu tot cu mentenanţa sistemelor auxiliare, randamentul ar ajunge la circa 60% la nivel de staţie, cu marele beneficiu al lipsei de emisii în atmosferă.
Totuşi, mai sus am menţionat că în celula electrochimică se formează CO2 la interacţiunea carbonului cu oxigenul din aer. Deci, generarea de carbon are loc, doar că, întrucât totul are loc în instalaţia cu celule electrochimice, vorbim de CO2 pur generat şi expulzat direct, ceea ce permite stocarea lui fără procesele energofage de captare şi separare a CO2-ului, care au loc uneori în industrie. Acest CO2 poate fi folosit într-o mulţime de scopuri industriale, inclusiv la producţia de carburanţi sintetici au poate fi pietrificat şi stocat în subteran.
De asemenea, cărbunele şi carbonul în stare solidă în general reacţionează foarte greu în reacţii electrochimice. Nu se pot bune bolovanii de cărbune, aşteptându-se o reacţie cu randament mare. De asta, prima etapă e măcinarea mecanică a cărbunelui în praf ultra fin.
E la fel de adevărat că şi unele centrale de cărbune actuale practică această măcinare, pentru o ardere cu randament mai mare. Aici, însă, măcinarea trebuie să producă strict particule de sub 10 microni, după care acestea trec printr-o secţiune de extragere a umidităţii şi curăţate a impurităţilor specifice conţinute în cărbune. Toate aceste procese taie câteva procente din randament, or, măcinarea mecanică ia cam 0,5% din energie, însă uscarea şi filtrarea e ceva mai energofagă.
Foto: Instalare de măcinare a cărbunelui
Această pulbere de cărbune poate intra în reacţie în instalaţia cu celule electrochimice mult mai eficient, iar designul acestei instalaţii a fost conceput pentru a exclude permanentele formări de obstrucţionări din tentativele anterioare, care scurtau viaţa acestor instalaţii şi le făceau neviabile. Extragerea strictă a umidităţii face parte din contracararea acestor efecte nedorite, da oricum, mişcarea unui material solid printr-un circuit rămâne o provocare mult mai mare decât a unor substanţe lichide sau gazoase.
Pe lângă asta, reacţia electrochimică de aici are loc la circa 600-900 grade Celsius, ceea ce înseamnă că iniţial e nevoie de o sursă de căldură, consumatoare de energie. Ulterior, reacţia e exotermică şi ar trebui să-şi poată susţine căldura necesară continuării, această căldură emanată rămânând şi cel mai important faptul de pierdere a randamentului.
Iar la final, se mai consumă energie în direcţionarea mecanică a fluxului de CO2 şi captarea particulelor reziduale rămase. În randamentul final contează foarte mult şi configuraţia acestei părţi finale a sistemului, dar în esenţă un randament de 55-60% la nivel de centrală e mai mult decât realist, în timp ce diapazonul de 60-80% ţintit de ingineri pare foarte optimist.
Totuşi, un randament de 60% obţinut, ar însemna o creşte a producţiei de electricitate cu 50-100% dintr-o tonă de cărbune, în comparaţie cu centralele actuale, şi toate astea ar veni cu beneficiul unui sistem care poate capta uşor CO2-ul la sursă şi ar evita emiterea în atmosferă. Inginerii chinezi spun chiar că o asemenea centrală ar putea fi amplasată direct în minele de cărbune, la 1-2 km adâncime, excluzând necesitatea de a ridica la suprafaţă cărbunele şi al transporta, schimbând această sarcină cu transportarea electricităţii prin cablu, la un randament de sistem mult mai mare.
Această posibilitate de amplasare dă multe alte perspective noi, de la siguranţa amplasării centralelor până la alimentarea unor facilităţi subterane, dar totodată i-ar putea permite Chinei să-şi folosească mai departe resursele de cărbune ieftin pe care le are pentru a produce electricitate ieftină, fără a emite CO2 în atmosferă. Şi asta înseamnă un nou pilon de competitivitate economică, când industria mai are o sursă de energie ieftină.
0
11,419
ŞTIRI DE CARE AŢI PUTEA FI INTERESAT