ساخت راکتور خورشیدی با قابلیت تولید همزمان گرما و اکسیژن

محققان دانشگاه پلی‌تکنیک فدرال لوزان در سوییس (EPFL) یک راکتور خورشیدی در مقیاس آزمایشی ساخته‌اند که علاوه بر تولید هیدروژن با کارایی بی‌سابقه گرما و اکسیژن قابل استفاده تولید می‌کند.

به گزارش تکناک، یک دیش ماهواره در محوطه دانشگاه EPFL به راحتی نادیده گرفته می شود، زیرا شبیه سایر زیرساخت های مخابراتی است. اما این یک دیش خاص است، زیرا مانند یک درخت مصنوعی عمل می کند. پس از متمرکز شدن تابش خورشیدی تقریباً به اندازه 1000 برابر، راکتوری که در بالای دیش قرار دارد از این تابش برای تبدیل آب به هیدروژن، اکسیژن و گرما که همگی با ارزش و تجدیدپذیر هستند، استفاده می کند.

سوفیا هاوسنر، رئیس آزمایشگاه علوم و مهندسی انرژی های تجدیدپذیر (LRESE) در دانشکده مهندسی می گوید: این اولین نمایش در سطح سیستم از تولید هیدروژن خورشیدی است. برخلاف نمونه‌های معمولی در مقیاس آزمایشگاهی، این نمونه همه دستگاه‌ها و اجزای کمکی را شامل می‌شود بنابراین ایده بهتری از بازده انرژی که می‌توانید با در نظر گرفتن یک سیستم کامل انتظار داشته باشید، به ما می‌دهد.

با توان خروجی بیش از 2 کیلووات، ما سقف 1 کیلووات راکتور آزمایشی خود را شکسته ایم و در عین حال راندمان بالایی را برای این مقیاس بزرگ حفظ کرده ایم. نرخ تولید هیدروژن به دست آمده در این کار نشان دهنده گامی واقعا دلگرم کننده به سمت تجاری سازی این فناوری است.

این کار بر اساس تحقیقات اولیه ای است که این مفهوم را در مقیاس آزمایشگاهی نشان می دهد. طرح اولیه با استفاده از شبیه ساز خورشیدی با شار بالا LRESE، انجام شده که در مجله Nature Energy در سال 2019 منتشر شده است. اکنون، این تیم نتایج فرآیند مقیاس‌پذیر، کارآمد و چند محصولی خود را تحت شرایط دنیای واقعی در همان مجله منتشر کرده است.

کم مصرف کن تا همیشه داشته باشی

تولید هیدروژن از آب با استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان فتوسنتز مصنوعی شناخته می شود، اما سیستم LRESE به دلیل توانایی آن در تولید گرما و اکسیژن در مقیاس منحصر به فرد است.

پس از اینکه دیش پرتوهای خورشید را متمرکز کرد، آب به نقطه کانونی آن پمپ می شود، جایی که یک راکتور فوتوالکتروشیمیایی یکپارچه در آن قرار دارد. در این راکتور، سلول‌های فوتوالکتروشیمیایی از انرژی خورشیدی برای الکترولیز یا تقسیم مولکول‌های آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده می‌کنند. گرما نیز تولید می‌شود، اما به‌جای اینکه به‌عنوان هدررفت سیستم رها شود، این گرما از یک مبدل حرارتی عبور می‌کند تا بتوان آن را مهار کرد و برای سایر مصارف برای مثال برای گرمایش محیط استفاده کرد.

علاوه بر خروجی‌های اولیه هیدروژن و گرما، مولکول‌های اکسیژن آزاد شده توسط واکنش فوتوالکترولیز نیز بازیابی و استفاده می‌شوند.

هاوسنر می‌گوید: اکسیژن اغلب به‌عنوان یک محصول زائد در نظر گرفته می‌شود، اما در این مورد، می‌توان آن را نیز مهار کرد و برای مصارفی مانند کاربردهای پزشکی استفاده کرد.

انرژی برای بخش های صنعتی و مسکونی

این سیستم برای کاربردهای صنعتی، تجاری و مسکونی مناسب است. در واقع، شرکت Sinoff LRESE SoHHytec SA در حال استقرار و تجاری سازی آن است. استارت آپ EPFL در حال همکاری با یک مرکز تولید فلز در سوئیس است تا یک کارخانه نمایشی در مقیاس چند 100 کیلوواتی بسازد که هیدروژن را برای فرآیندهای بازپخت فلزات، اکسیژن را برای بیمارستان های اطراف و گرما را برای آب گرم کارخانه تولید کند.

با نمایش آزمایشی در EPFL، ما با نشان دادن راندمان بی‌سابقه در چگالی توان خروجی بالا، به نقطه عطف بزرگی دست یافتیم. ساوراب تمبورن، بنیانگذار و مدیرعامل SoHHytec می گوید. ما اکنون در حال بزرگ‌نمایی سیستمی در یک مجموعه باغ‌مانند مصنوعی هستیم که در آن هر یک از این درختان مصنوعی به شکل مدولار مستقر شده‌اند.

این سیستم می تواند برای تامین گرمایش مرکزی و آب گرم مسکونی و تجاری و تامین انرژی سلول های سوختی هیدروژنی مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال تولید حدود نیم کیلوگرم هیدروژن خورشیدی در روز، توسط سیستم دانشگاه EPFL می تواند انرژی که برای طی کردن متوسط​​ مسافت سالانه حدود 1.5 وسیله نقلیه پیل سوختی هیدروژنی را تامین کند. یا نیمی از تقاضای برق و بیش از نیمی از تقاضای گرمای سالانه یک خانواده معمولی چهار نفره سوئیسی را برآورده کند.

هاوسنر با سیستم فتوسنتز مصنوعی خود در حال کاوش در مسیرهای فناوری جدید است. به طور خاص، این آزمایشگاه روی یک سیستم انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ کار می کند که دی اکسید کربن را به جای آب میشکند و مواد مفیدی مانند گاز سنتزی برای سوخت مایع یا اتیلن پیش ساز پلاستیک سبز را تولید می کند.