Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) построили пилотный солнечный реактор, который производит полезное тепло и кислород, а также производит водород с беспрецедентной эффективностью для своего размера.
Параболическую тарелку в кампусе EPFL легко не заметить, она напоминает спутниковую тарелку или другую телекоммуникационную инфраструктуру. Но это блюдо особенное, потому что работает как искусственное дерево. После почти 1000-кратной концентрации солнечного излучения реактор над тарелкой использует этот солнечный свет для преобразования воды в ценный и возобновляемый водород, кислород и тепло.
София Хауссенер, глава Лаборатории науки и техники в области возобновляемых источников энергии (LRESE) в Инженерной школе, начала с самого начала: «Это первая демонстрация солнечной генерации водорода на системном уровне. В отличие от типичных демонстраций лабораторного масштаба, она включает в себя все вспомогательных устройств и компонентов, что дает нам лучшее представление об энергоэффективности, которую вы можете ожидать, если рассматривать систему в целом, а не только само устройство. потолок для нашего пилотного реактора при сохранении рекордно высокой эффективности для такого большого масштаба. Достигнутая в этой работе скорость производства водорода представляет собой действительно обнадеживающий шаг на пути к коммерческой реализации этой технологии».
Работа основана на предварительном исследовании, демонстрирующем концепцию в лабораторном масштабе с использованием высокопоточного солнечного симулятора LRESE, который был опубликован в журнале Nature Energy еще в 2019 году. -обработка продукта в реальных условиях в том же журнале.
Не тратьте, не хотите
Производство водорода из воды с использованием солнечной энергии называется искусственным фотосинтезом, но система LRESE уникальна своей способностью также производить тепло и кислород в больших масштабах.
После того, как тарелка концентрирует солнечные лучи, вода закачивается в ее фокусное пятно, где находится встроенный фотоэлектрохимический реактор. В этом реакторе фотоэлектрохимические элементы используют солнечную энергию для электролиза или расщепления молекул воды на водород и кислород. Тепло также вырабатывается, но вместо того, чтобы выделяться в виде потерь в системе, это тепло проходит через теплообменник, чтобы его можно было использовать, например, для обогрева помещения.
В дополнение к основному выходу системы в виде водорода и тепла, молекулы кислорода, высвобождаемые в результате реакции фотоэлектролиза, также восстанавливаются и используются.
«Кислород часто воспринимается как отход, но в этом случае его также можно использовать, например, для медицинских целей», — сказал Хауссенер.
Промышленная и жилая энергетика
Система подходит для промышленных, коммерческих и жилых помещений; на самом деле, компания SoHHytec SA, дочерняя компания LRESE, уже внедряет и коммерциализирует ее. Стартап EPFL работает со швейцарским предприятием по производству металлов для строительства демонстрационной установки мощностью в несколько 100 киловатт, которая будет производить водород для процессов отжига металлов, кислород для близлежащих больниц и тепло для горячего водоснабжения завода. потребности.
Соучредитель и генеральный директор SoHHytec Саураб Тембхерн отметил: «С пилотной демонстрацией в EPFL мы достигли важной вехи, продемонстрировав беспрецедентную эффективность при высокой плотности выходной мощности. Сейчас мы масштабируем систему в искусственном саду, где каждое из этих «искусственных деревьев» развернуто по модульному принципу».
Система может быть использована для обеспечения жилых и коммерческих помещений центральным отоплением и горячей водой, а также для питания водородных топливных элементов. При уровне мощности около полукилограмма солнечного водорода в день система кампуса EPFL может питать около 1,5 автомобилей на водородных топливных элементах, проезжающих среднегодовое расстояние; или удовлетворить до половины потребности в электроэнергии и более половины годовой потребности в тепле типичной швейцарской семьи из четырех человек.
Поскольку их система искусственного фотосинтеза находится на пути к масштабированию, Haussener уже исследует новые технологические возможности. В частности, лаборатория работает над крупномасштабной системой на солнечной энергии, которая будет расщеплять углекислый газ вместо воды, давая полезные материалы, такие как синтетический газ для жидкого топлива или зеленый прекурсор пластика этилен.
***
Возможность продавать три продукта, водород, кислород и тепло, должна помочь экономическим перспективам этой технологии.
Реалисты заметят, что выходная мощность испытательного стенда в солнечный день будет немного меньше 17 ампер или немного выше стандартной одиночной цепи США на 15 ампер. Думать, что это будет питать типичный дом, — это растяжка ума.
С другой стороны, это солнечный прогресс. Он идет на тройной выход продукта. В пресс-релизе не ясно, что это будет означать ежегодно. Это может быть лучше, чем простой фотоэлемент. Даже с учетом увеличения инвестиций в обработку кислорода и тепла мы все еще не знаем, насколько велика может быть экономическая выгода.
Этот подход потребует и привлечет больше внимания исследователей. Когда зрелость продвинется достаточно далеко, чтобы привлечь некоторых инженеров и спроектировать, старые проблемы водорода и кислорода в непосредственной близости и источник тепла поблизости потребуют некоторого пристального внимания.
No comments:
Post a Comment