中科院深圳大學團隊研製零碳排放直接煤燃料電池

傳統燃煤發電通常伴隨著高污染、大幅度碳排放及相對低效率等問題。然而，一種新型煤基發電方式正挑戰這一長期印象，因為它完全摒棄了燃燒過程。該系統不燒煤，而是直接將其化學能轉化為電能，從而避免了傳統方式中碳二氧化氣體的釋放。這項突破來自中國科學院深圳先進技術研究院謝和平團隊，他們開發出一種被稱為零碳排放直接煤燃料電池（ZC-DCFC）的技術，將煤重新定位為電化學能源，而非需燃燒的燃料，有望為化石資源的清潔利用開闢新途徑。

燃料電池設計省卻蒸汽循環與燃燒環節

在這套系統中，煤並非直接燃燒，而是先經多步處理：粉碎成細粉、乾燥、淨化及表面活化處理，以提升反應活性。經處理的煤粒隨後進入燃料電池陽極室，陰極側則供應氧氣，正如《南華早報》報導所述。在電池內，煤粒透過氧化膜直接氧化，引發電化學反應即時產生電能。關鍵在於，此方式無需傳統燃煤電廠的蒸汽產生及機械渦輪等階段。陽極出口處產生的二氧化碳可現場捕獲，經催化轉化為合成氣等化學原料，或穩定成碳酸氫鈉等化合物，形成閉環碳處理，運作過程安靜且清潔。

相對而言，傳統燃煤電廠依賴燃燒產生熱能，再轉化為蒸汽驅動渦輪發電，經多階段能量轉換，受熱機卡諾效率上限約束，熱效率僅約 40%，如謝和平所指。反之，ZC-DCFC 避開燃燒及熱引擎損耗，理論效率大幅提升。自 2018 年起，謝團隊逐步迭代技術，解決材料科學、電池耐久性、燃料處理及連續供煤等難題。早期直接碳燃料電池面臨功率密度低及壽命短的限制，新版則改善電池堆疊可擴展性、長期穩定性、碳轉化效率及系統整合。

謝和平亦指出，此概念適用於地下約 1.2 英里深的煤層。無需開採及運輸煤至地表，即可原位轉化為電能，僅傳輸電力上送，從而緩解淺層煤儲量逐漸減少的供應壓力。