Ενεργειακή αξιοποίηση αγροτικών υπολειμμάτων σε μορφή βιοξυλάνθρακα σε υβριδικές κυψέλες καυσίμου άμεσης τροφοδοσίας στερεών καυσίμων

Abstract

Στην παρούσα μελέτη, διερευνάται η σκοπιμότητα της χρήσης βιοξυλάνθρακα ως καύσιμο σε κυψέλη καυσίμου με άμεση τροφοδοσία άνθρακα (DCFC) ή σε υβριδική κυψέλη καυσίμου με ταυτόχρονη προσθήκη ανθρακικών αλάτων (HCFC), εξετάζοντας βιοξυλάνθρακα ή μείγμα βιοξυλάνθρακα-ανθρακικού άλατος ως πρώτη ύλη, αντίστοιχα. Χρησιμοποιήθηκαν τρεις διαφορετικοί τύποι βιοξυλάνθρακα, εκ των οποίων, κελύφη από φιστίκι Αιγίνης (PI), κελύφη από καρύδι pecan (ΡΕ) και πριονίδι (SD) ως πρώτη ύλη σε μια κυψέλη καυσίμου στερεού οξειδίου (SOFC) με διάταξη: Βιοξυλάνθρακας|Co-CeO2|YSZ/Ag|Αέρας. Όλα τα δείγματα χαρακτηρίστηκαν μέσω χημικής σύνθεσης (στοιχειακή/προσεγγιστική ανάλυση), θερμοσταθμικής ανάλυσης (TGA), υπέρυθρης φασματοσκοπίας με χρήση μετασχηματισμού Fourier (FTIR), περίθλασης ακτινών Χ (XRD) και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM), ώστε να ληφθεί μια καλή συσχέτιση μεταξύ της απόδοσης της κυψέλης και των ιδιοτήτων του βιοξυλάνθρακα. Οι ηλεκτροχημικές μετρήσεις δείχνουν ότι η βέλτιστη απόδοση, αναφορικά με τη μέγιστη πυκνότητα ισχύος (Pmax), λαμβάνεται για το βιοξυλάνθρακα από κελύφη φιστικιών Αιγίνης (PI), όπου και κατέδειξε παραγωγή ισχύος 15.5 mW/cm2 στους 800°C, σε σύγκριση με 14 και 10 mW/cm2 για βιοξυλάνθρακα από κελύφη καρυδιού pecan (PE) και πριονίδι (SD), αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα σχετικά με την απόδοση των κυψελών ερμηνεύονται βάσει των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών του βιοξυλάνθρακα και των μελετών φασματοσκοπίας σύνθετης αντίστασης. Η ανώτερη απόδοση του βιοξυλάνθρακα που αναφέρθηκε παραπάνω, αποδίδεται σε μια συνεργιστική δράση αρκετών φυσικοχημικών χαρακτηριστικών, που περιλαμβάνουν το πορώδες, την οξύτητα, την πτητική ύλη, το περιεχόμενο σε άνθρακα και υδρογόνο, καθώς και τον πληθυσμό των επιφανειακών λειτουργικών ομάδων οξυγόνου.