Chinesische Forscher stellten die ZC-DCFC (Zero-Carbon Direct Coal Fuel Cell) vor, eine elektrochemische Batterie, die Kohlenstoff direkt in Strom umwandelt, ohne offene Verbrennung. Anstatt Kohle zu verbrennen, um Dampf zu erzeugen und Turbinen anzutreiben, nutzt das System sie als Brennstoff in einem geschlossenen Kreislauf:
- Am Anoden gibt der Kohlenstoff Elektronen ab.
- Diese Elektronen fließen durch einen externen Kreislauf und erzeugen Strom.
- Am Kathoden nimmt der Sauerstoff die Elektronen auf und vervollständigt die Reaktion.
Das Ergebnis ist ein effizienterer Prozess mit deutlich geringeren Wärmeverlusten als in einem herkömmlichen Kraftwerk.
Hauptvorteile
- Energieeffizienz: bis zu 80 % im Labor; unter realen Bedingungen zwischen 55–60 %.
- Konzentrierte Emissionen: Das CO₂ wird in einem reinen Strom erzeugt, was seine Abscheidung und Speicherung erleichtert.
- Reduzierung von Schadstoffen: Vermeidet die typische Gasvermischung bei der Verbrennung (Stickstoff, Partikel, Asche).
Energieumfeld in China
Laut der International Energy Agency stammten 2024 60 % des chinesischen Stroms aus Kohle. 2025 wurden 78 GW neue thermische Leistung hinzugefügt, was Dutzenden von Kraftwerken entspricht.
In diesem Szenario zielt die ZC-DCFC nicht darauf ab, Kohle sofort zu eliminieren, sondern sie weniger schädlich zu machen, während der Übergang zu erneuerbaren Energien voranschreitet.
CO₂-Abscheidung und -Nutzung
Die Konzentration der Emissionen eröffnet Möglichkeiten für:
- Geologische Speicherung.
- Mineralisierung, um es in festen Gestein umzuwandeln.
- Industrielle Wiederverwendung in chemischen Prozessen oder Baumaterialien.
Beispiele wie Climeworks in Island erkunden bereits diese Wege, und China untersucht ähnliche Lösungen in der Nähe von Bergbaugebieten.
Technische Herausforderungen
- Kohlevorbereitung: Mahlen auf weniger als 10 Mikrometer, Entfernung von Schwefel und Verunreinigungen.
- Hohe Temperaturen: zwischen 600 °C und 900 °C, die Korrosions- und thermische Ermüdungsprobleme verursachen.
- Verunreinigungen: Schwefel, Chlor und Alkalimetalle greifen die Elektroden an.
- Kontinuierlicher Betrieb: Jede Unterbrechung des Flusses kann die Zelle blockieren.
Innovative Ideen
Ein Vorschlag ist, diese Zellen direkt in unterirdischen Minen (1.000–2.000 Meter Tiefe) zu installieren. Dort würde die Kohle in Strom umgewandelt, ohne an die Oberfläche transportiert zu werden, während das CO₂ im Untergrund gespeichert würde. Obwohl theoretisch effizient, stellt dies Herausforderungen in Bezug auf Sicherheit und Wartung dar.
Die „Kohlebatterie“ ist keine endgültige Lösung, sondern eine Brückentechnologie: Sie reduziert die Auswirkungen von Kohle, während der Übergang zu ihrer Ablösung voranschreitet. Ihr größter Wert liegt im Konzept: Energie zu erzeugen, indem die Emissionen von Anfang an kontrolliert werden. Wenn es gelingt, sie zu skalieren, könnte sie in Systeme zur Kohlenstoffabscheidung und -nutzung (CCUS) integriert werden und einen bedeutenden Schritt im globalen Energiewandel darstellen.
