Węglanowe ogniwa paliwowe (ang. molten carbonate fuel cell, MCFC) to wysokotemperaturowe ogniwa paliwowe pracujące w temperaturach 600 – 700 °C. Tak jak inne ogniwa paliwowe korzystając z energii chemicznej zawartej w paliwach np. wodorze w bezpośredni sposób konwertują ją na energię elektryczną. To co wyróżnia ogniwa MCFC od innych ogniw paliwowych to:
- Najwyższe sprawności termodynamiczne dochodzące do 60%
- Efektywna praca w układzie kogeneracyjnym przy sprawnościach do 90%
- Możliwość użycia w układach skojarzonych z turbiną parową czy procesami przemysłowymi
- Reforming paliwa może zachodzić wewnątrz ogniwa, co zwiększa sprawność w przypadku użycia paliw innych niż wodór
- Możliwość wykorzystania technologii MCFC do wychwytu dwutlenku węgla ze spalin pochodzących z procesów przemysłowych (np. elektrownie konwencjonalne, silniki spalinowe, cementownie)
- Możliwość pracy tego samego urządzenia w trybie ogniwa paliwowego lub elektrolizera (do wykorzystania w procesach magazynowania energii – “power-to-gas” lub “power-to-liquid”).
Węglanowe ogniwo paliwowe składa się z katody wykonanej ze stopu niklu z innymi metalami oraz anody wykonanej z tlenku niklu, oddzielonych od siebie membraną zawierającą elektrolit. Najczęściej jest on mieszanką węglanów. Pojedyncze ogniwa łączone są szeregowo w tzw. stosy, co umożliwia łatwą rozbudowę systemu.
Generacja energii
Ogniwa paliwowe w technologii MCFC są innowacyjną technologią w dziedzinie generacji energii. Dzięki ich użyciu, można osiągnąć sprawność konwersji dochodzącą do 67%, przy braku jakichkolwiek emisji. Co więcej, ogniwa MCFC mogą pracować w układach kogeneracyjnych prąd-ciepło, lub nawet trójgeneracyjnych gdzie w jednym urządzeniu produkowana byłaby energia elektryczna, energia cieplna i chłód.
Mikrokogeneracja
Dzięki swojej modułowości instalacja ogniw paliwowych w technologii MCFC może zostać uszyta zgodnie z indywidualnymi potrzebami klienta. Może ona pełnić role komplementarnego źródła energii na użytek prosumenta bądź wytwarzać energię elektryczną do sieci.
Magazynowanie energii
Ogniwa paliwowe w technologii MCFC są w swojej naturze urządzeniami rewersyjnymi. Po niewielkich zmianach w układzie mogą pracować one również jako elektrolizery. Ta cecha pozwala na magazynowanie energii elektrycznej w wodorze lub w metanie poprzez skojarzenie z reaktorem Sabatier’a, a następnie wyprodukowanie energii elektrycznej w czasie największego zapotrzebowania.
Gospodarka oparta na wodorze
Wodór produkowany przez elektrolizery MCFC ma znacznie większy potencjał niż jedynie wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła. W gospodarce opartej na wodorze może on służyć do napędzania samochodów elektrycznych, wytwarzania biopaliw w pracy trybie carbon capture, produkowania amoniaku i nawozów, a także do obróbki metali.
Power to gas
Ogniwa paliwowe MCFC, które mogą również służyć jako elektrolizery, to ważny element innowacyjnego podejścia power-to-gas. Według niej, nadwyżka energii z OZE mogłaby być magazynowana w postaci wodoru bądź poddana dalszej obróbce do syntetycznego metanu. Te gazy mogłyby być dalej przesyłane lub magazynowane w oczekiwaniu na szczyt zapotrzebowania na energię.
Power to liquid
Ogniwa paliwowe mogą być również istotnym elementem technologii zebranych pod nazwą power to liquid. Wytworzony z nadwyżki produkcji energii elektrycznej z OZE wodór mógłby być poddany procesowi syntezy Fishera-Tropscha przy użyciu dwutlenku węgla wychwyconego z atmosfery lub konwencjonalnych elektrowni w celu wytworzenia syntetycznego biopaliwa i domknięcia obiegu CO2 w gospodarce.