同樣是利用碳燃料，相比火力發電，“直接燃料電池”更清潔、高效，只是因為溫度過高，它很難用在汽車上。
燃燒使碳迅速氧化成二氧化碳、利用放出的熱量加熱水、用高壓水蒸氣推動葉片繼而讓線圈切割磁力線，最終發出電來—這是在那些冒著滾滾濃煙的火力發電廠里，每天都在發生的事，人們已經對它習以為常。但通過被叫做“直接碳燃料電池”的技術，碳可以直接在變成二氧化碳的過程中發電，省去了更多麻煩，更高效，而且對環境更友好。
直接碳燃料電池是“氫燃料電池”的近親，后者是汽車公司的寵兒。使用碳陽極和高溫電解質的這種小型發電裝置，能夠以極高的效率完成化學能和電能的轉換，而產生的副產品，大多只是相當純凈的二氧化碳。雖然早在19世紀中葉人們就開始嘗試制造這種燃料電池，但是直到今天，我們才看見一些商業化的前景。
1838年，德國化學家Christian Friedrich Sch?nbein發現，當將白金電極放在酸性溶液中并且通入氫氣和氧氣的時候，就會產生電流。僅僅在第二年，其他科學家重復了他的發現，并且制造出了最原始的燃料電池：分別在灌滿氫氣和氧氣的不同試管內插入白金電極，并且浸泡在酸性溶液中。在白金的催化下，這些氣體分解成離子，而放出和吸收電子的需求，在電路里形成了電流。直到今天，使用氫氣和氧氣的燃料電池，原理也沒有太大的變化。
在地球上，氫并不算是容易獲得的資源。而碳則不然。幾乎在任何地方我們都能找到碳，煤、石油、煙囪里的黑灰乃至農業垃圾和塑料垃圾都有大量的碳元素。將碳變成燃料電池的直接原料，將會讓我們更方便地獲得電力。
直接碳燃料電池的迅速發展是在1970年代以后。人們開始嘗試使用熔融的碳酸鹽或者強堿做為電解質，用顆粒狀、多孔的碳材料做為陽極，使用鐵鎳這類金屬的氧化物作為陰極制造燃料電池。在這樣的電池中，碳和水在內部重整成一氧化碳和氫，再與氧氣反應成為二氧化碳和水。輸出的只有電力和二氧化碳，而這樣高純度的二氧化碳，完全不需要凈化的過程，就可以用于工業生產，或者直接固化回收就好。在探索燃料電池的過程中，人們同時也在尋找更合適的發電燃料。
在英國，每年有超過10萬噸的中密度纖維板（MDF）被家具工業所丟棄，不過，這些被遺棄的纖維板現在有了新用場。英國圣安德魯斯大學的約翰·歐文及其團隊表示，中密度纖維板可以在最小限度改裝下為直接碳燃料電池提供電能。
歐文及其研究團隊首先在500℃的高溫氮氣環境下對中密度纖維板碎條進行了處理，以去除水蒸氣和其他揮發性氣體。歐文表示，這一耗費低廉的過程可使中密度纖維板更加緊實、輕便、易于被送至所需的地方。隨后，研究人員把處理過的纖維板烘干制成粉末，與鋰和碳酸鉀混合，作為燃料電池的電解質。在溫度處于500℃至800℃之間時，這些混合物將促使中密度纖維板內的碳和注入電池內的氧氣相結合，產生二氧化碳并使電子電離化,生成所需的電流。
制成的電池可在電流密度為每平方厘米200毫安的情況下提供每平方厘米100毫瓦的電能，這意味著一枚邊長為10厘米的正方形電池可在電流為20安培的情況下產生2伏特的電壓。這與其他類型的直接碳燃料電池相似，可應用于大規模的發電廠中。
目前來看，直接碳燃料電池的使用也還會受到一些限制。它也許并不適合電動汽車—直接碳燃料電池的工作溫度較高，使用熔融氫氧化物的電池工作溫度在400℃到750℃左右，熔融碳酸鹽電池的工作溫度在650℃到800℃。這讓它更適合成為發電廠的附加清潔模塊，或者為小型獨立的區域供電。
而在這種燃料電池中，對材料的預處理也是個重要問題。雖然石墨是高純度的碳，但是它的片狀結構并不符合需要，而且價格也太高。人們已經發現，陽極材料的活性取決于結晶混亂度和比表面積，大體來說，結構越不規則、比表面積越大，活性就會越高。碳纖維材料和使用核桃殼之類生物質燒制的活性炭都有不錯的表現，而把煤用焦油粘接后高溫碳化形成的結構，也能夠滿足需要。如果碳電極里有過多的雜質，將會讓燃料電池很快失活，因此如何盡可能多地去除雜質，也是預處理中的一個重要課題。
雖然有這樣苛刻的限制，但是直接碳燃料電池的巨大優點依然讓人們難以割舍。它環保、高效，而且原材料豐富—布魯克海文國家實驗室的計算指出，基于直接碳燃料電池的熱電循環系統，熱效率能達到90%之高；而與傳統火力發電廠和制氫廠相比，二氧化碳排放量可以減少77%，成本也會有相當程度的降低。也許直接碳燃料電池，能夠幫助我們在今天這個化石燃料越來越缺乏和對環境保護的要求越來越嚴格的時代里，找到更多的能源。最近美國雜志將之評為2010年最有前途的技術之一，足以表現出人們對它美好前景的信心。
今年，加利福尼亞州自然資源研究所下屬的直接碳技術公司計劃建造10千瓦直接碳燃料電池原型，以生物質垃圾做為原料；俄亥俄州的Contained Energy公司則已經申請了一些排他性專利，試圖在這種新型發電裝置的市場上搶得先機。這種新的小型清潔發電方式，也許會改變人們對于傳統發電設備的印象，也可能會成為那些缺乏電力的城鎮的新居民。
評論表單加載中...