直接性碳燃料電池，是美國大眾機械網評選的2010年最前沿的十大科學技術之一。該燃料電池並不依賴於難以生產的氫，而是通過氧氣和煤粉（或者其它碳來源）之間的電化學反應獲得能量。
基本介紹
- 中文名：直接性碳燃料電池
- 實質：一種較清潔的能源
- 榮譽：2010年最前沿的十大科學技術之一
- 優勢：不需要燃燒
- 原理：不會浪費餘熱
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廢棄纖維板的利用
新概念
傳統觀念認為，煤是一種較髒的燃料，而同時氫燃料電池卻是一種較清潔的能源。目前，新一代“直接性碳燃料電池”將向傳統觀念發起挑戰。該燃料電池並不依賴於難以生產的氫，而是通過氧氣和煤粉(或者其它碳來源)之間的電化學反應獲得能量。直接性碳燃料電池的優勢在於該碳基礎能源生產並不需要燃燒，但其效率可達到普通燃煤發電站的兩倍。
利用背景
僅在英國，每年就有超過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。據報導，廢棄纖維板在不燃燒的情況下就可轉化為電能。這種微型能源生成技術可幫助工廠減少從外部資源獲取電能的消耗，也能使在生成過程中產生的排放物更易儲存。
隨著建材貿易在過去30年的飛速發展，數以萬計的中密度纖維板湧入了市場。這種纖維板價格低廉、靈活性好，也不會像木材一樣斷裂，因而成為了家具製造行業大受歡迎的材料之一。
原理及優勢
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（DCFC）提供電能。直接碳燃料電池是一種高效、清潔的燃料電池技術，其原理是碳和氧氣不需氣化和重整可直接通過電化學反應產生電能，效率可達80%，燃料利用率約達100%。
由於直接碳燃料電池不會浪費餘熱，其效率可達內燃機產能的2倍，目前已開發出以熔融碳酸鹽、熔融氫氧化物和固體氧化物等作為電解質的多種直接碳燃料電池。雖然使用直接碳燃料電池也會釋放二氧化碳，但氣體卻是以一種潔淨的方式釋放，不會像燃燒含碳燃料所產生的排放物一樣混合氮和其他廢棄物，這就大大降低了碳捕獲的難度，也避免了廢氣對大氣的污染，對污染物控制和節能減排具有重要意義。
歐文及其研究團隊首先在500℃的高溫氮氣環境下對中密度纖維板碎條進行了處理，以去除水蒸氣和其他揮發性氣體。歐文表示，這一耗費低廉的過程可使中密度纖維板更加緊實、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乾製成粉末，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，可套用於大規模的發電廠中。
各方觀點
荷蘭代夫特技術大學的卡斯·赫莫斯雖對此項研究表示贊同，在未來，直接碳燃料電池的主要作用可能只是在天然氣化學分解產生氫氣，並為其他類型的燃料電池提供能源後消耗所剩餘的碳。但利用中密度纖維板等廢棄物進行小規模的能源生成還是可以在市場上找到發展空間的。
同時，卡斯·赫莫斯也希望看到更多關於中密度纖維板的數據。他認為，研究小組只是表明纖維板的數量極為充足，研究人員仍需進一步量化真實的數據以對此項研究的實現提供支持。
市場利用
美國加利福尼亞州直接性碳技術公司預計2010年將研製生物基礎的10千瓦的直接性碳燃料電池原型，俄亥俄州一家名為Contained Energy的公司希望不久套用直接性碳燃料電池為較小功率的電燈泡提供電能。最終，該公司希望生產可以建造在新型小規模發電站或者在現有發電站上添加清潔功能的模組化燃料電池。
