SOFC/RCCI混合系统创新集成：提升效率与减少CO2排放的新路径

为解决传统能源系统效率低、碳排放高的问题，研究人员提出了一种新型SOFC（固体氧化物燃料电池）与RCCI（反应性控制压缩点火）发动机的混合集成方案。通过将SOFC阳极尾气作为RCCI的低反应性燃料，系统效率提升至58.6%，CO2排放减少24.5%，同时显著降低NOx和颗粒物排放，为清洁能源技术提供了创新思路。

　　

全球变暖背景下，能源系统面临效率提升与碳排放削减的双重挑战。传统固体氧化物燃料电池(SOFC)虽效率较高，但未反应的阳极尾气（含H₂和CO）通常被直接燃烧，造成能源浪费；而内燃机领域虽通过反应性控制压缩点火(RCCI)技术实现低排放，但碳足迹仍居高不下。如何协同利用两类技术的优势，成为能源领域亟待突破的难题。

针对这一挑战，研究人员创新性地将SOFC与RCCI发动机集成，构建了"自下而上"的混合系统。该设计通过将SOFC富含可燃物的阳极尾气导入RCCI作为预混燃料，柴油喷射控制点火，既避免了尾气直接燃烧的浪费，又利用RCCI双燃料特性提升整体效率。理论计算表明，系统最高效率可达58.6%，较单独SOFC提升7%，CO₂排放减少12.2%，同时实现NO_x近零排放。

研究采用多尺度建模方法：通过Aspen Plus建立SOFC热力学模型，计算不同燃料利用率(U_f65%-85%)下的尾气成分；采用CONVERGE CFD软件模拟RCCI燃烧过程，集成KH-RT液滴破碎模型和SAGE详细化学反应机理，分析20%-60%燃料替代率(SR)下的排放特性。通过能量平衡方程量化系统级性能，并引入Zeldovich机制预测NO_x生成。

研究结果显示：在U_f=65%时，系统达到峰值效率58.6%（SR=55.25%），较单独SOFC提升7%。这得益于富氢尾气增强了RCCI的燃烧稳定性，而较低U_f产生的尾气具有更高热值。排放方面，CO₂排放指数最低降至546.1 g/kWh，较传统柴油机(CDC)降低24.5%。值得注意的是，当SR=40%时，UHC和碳烟分别减少85.7%和82.5%，这归因于RCCI的低温燃烧特性抑制了碳烟前驱体形成。

在讨论部分，作者强调该集成方案突破了传统SOFC尾气处理的局限，通过RCCI实现了化学能梯级利用。与SOFC-燃气轮机等传统混合系统相比，本系统在50kW级分布式能源场景中展现出更优的经济性。研究还指出，当SR>60%时可能引发失火，建议通过优化喷射策略进一步拓展运行边界。

这项发表于《Fuel》的研究为清洁能源系统设计提供了新范式：通过SOFC与先进燃烧模式的协同，不仅实现效率突破，更在碳减排方面树立了新标杆。未来工作将聚焦于实际系统的动态响应特性和长期耐久性验证，推动该技术走向商业化应用。