火电站使用燃料电池CO2捕集装置

据http://cleantechnica.com/网站报道，美国康乃狄克州FuelCell Energy公司近期获得了能源部的奖励资金，用于直接燃料电池(DFC)专利产品在火力发电厂二氧化碳捕集系统上的应用。该项目的第一、第二发展阶段介绍了系统的设计应用理念以及项目想要完成的目标，这是其第三发展阶段。

早在今年8月，美国能源部就宣布为16种火力发电站二氧化碳捕集技术的研发和测试提供4100万美元资金。FuelCell Energy公司的DFC火电站二氧化碳捕集系统正是获得资金补助的16个项目之一。

美国能源部想要实现的首要目标十分简单，那就是要求所有获得资金的研发项目制造系统的二氧化碳捕集效率要达到90%以上，并且发电厂的电力生产成本的增加额度不应超过35%。

如果FuelCell Energy公司的研发项目取得成功，那么该系统不但可以高效的捕集火力发电站所排放的二氧化碳，而且与其他现有技术相比还有可能显著降低其它方面的成本。除此之外，这种装置还会为发电厂带来“清洁”电力，同时还可以消除电站的一氧化二氮排放（一种温室气体，在大气中捕获热量的能力是二氧化碳的300余倍）。

DFC火电站二氧化碳捕集系统的工作原理

FuelCell Energy公司二氧化碳捕集技术工作示意图

典型的烟道气中二氧化碳所占比例在5%-15%之间，其余由一氧化二氮和空气的混合气体组成。在煤燃烧生产蒸汽和电力之后对尾气进行二氧化碳捕集处理，火力发电厂排放的烟道气将会被引导并浓缩，之后导向碳酸盐DFC燃料电池系统的阴极薄膜。这种烟道气将会被浓缩，直到可以简单的将烟道气中的主要成分氮氧化物和空气虹吸出来的程度。

空气将会被送至DFC系统的阴极进气管，在那里与化学催化剂进行反应制造氧气，这些氧气之后将用于燃料电池的电力生产过程。而产生的氮气和多余的氧气将通过系统的排气口排出。

从二氧化碳混合气体中分离出的氮气的纯度将超过90%，之后将会以气体或者压缩液体形式储存起来，可供销售或其它工业和商业用途使用。

在燃料电池系统的另一端，天然气（甲烷）将会被引至DFC系统燃料电池堆栈的阳极进气管。在这一过程之中，气体将会与水蒸汽混合并进行重整，甲烷将会与氧气在水蒸气中进行反应，可以将甲烷转变成二氧化碳和纯净的氢气，产生的氢可以作为燃料供DFC堆栈发电使用。

FuelCell Energy公司的价值主张

FuelCell Energy公司提供了DFC系统阳极化学反应的方程式：CH4 + 2H2O→4H2 + CO2。

一个2.8兆瓦规模的燃料电池装置每小时的甲烷进气量大约为1000磅左右，二氧化碳的生产量大约在2500磅左右。然而一个2.8兆瓦规模的火力发电装置产生的二氧化碳量大约是燃料电池装置的2倍有余，因为这种装置的发电效率较低，并且需要更多的碳基燃料。

在这种二氧化碳捕集系统中，火力发电厂排放的二氧化碳与DFC装置产生的二氧化碳混合在一起，大约有90%的混合气体将从燃料电池的废气中被分离出来，并以气态或液态形式储存起来，这将由二氧化碳气体的后续使用或处理方式决定。

FuelCell Energy公司认为，这种二氧化碳捕集技术是一项具有突破性意义的技术，它不但可以高效的捕集二氧化碳气体，避免其直接排入大气，而且还可以生产“超净”电力。公司在努力证明这种技术的价值主张，该技术可以捕集火力发电装置尾气中90%的二氧化碳，并且成本参数符合能源部的规定。

二氧化碳净排放量

然而有人质疑这种技术并不能降低火力发电厂的二氧化碳净排放量，而据回应，降低火力发电厂二氧化碳排放量并不是能源部和FuelCell Energy公司所要实现的目标。它们的目标是高效并且高成本效益地捕集二氧化碳，避免其排入大气。

燃料电池可以高效的生产电力，如果使用洁净的天然气作为燃料，那么与火力发电装置相比燃料电池的二氧化碳排放量要少得多；如果使用可再生沼气（例如来自于市政废水处理装置以及食品加工机的沼气）作为燃料，那么燃料电池还可以被视为碳中立发电装置。