Η παραγωγή υδρογόνου από νερό με τη βοήθεια ηλιακής ενέργεια αναφέρεται ως τεχνητή φωτοσύνθεση, αλλά το σύστημα LRESE είναι μοναδικό για την ικανότητά του να παράγει επίσης θερμότητα και οξυγόνο σε κλίμακα καθώς διέρχεται μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας ώστε να μπορεί να αξιοποιηθεί.
Πρόκεται, όπως μεταφέρει το Oilprice για ένα νέο σύστημα που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παροχή οικιακής και εμπορικής κεντρικής θέρμανσης και ζεστού νερού, καθώς και για την τροφοδοσία κυψελών καυσίμου υδρογόνου.
Τι κατασκεύασαν οι ερευνητές
Οι ερευνητές της Εcole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) κατασκεύασαν έναν ηλιακό αντιδραστήρα πιλοτικής κλίμακας που παράγει χρησιμοποιήσιμη θερμότητα και οξυγόνο, εκτός από την παραγωγή υδρογόνου με πρωτοφανή απόδοση για το μέγεθός του, όπως αναφέρουν στην μελέτη που δημοσίευσαν στο Nature Energy.
Τοποθέτησαν ένα παραβολικό πιάτο στην πανεπιστημιούπολη EPFL που μοιάζει με δορυφορικό πιάτο, όμως είναι ιδιαίτερο, γιατί λειτουργεί σαν τεχνητό δέντρο, το οποίο, μετά την συγκέντρωση της ηλιακής ακτινοβολίας σχεδόν 1.000 φορές, ένας αντιδραστήρας πάνω από το πιάτο χρησιμοποιεί αυτό το ηλιακό φως για να μετατρέψει το νερό σε πολύτιμο και ανανεώσιμο υδρογόνο, οξυγόνο και θερμότητα.
Η Sophia Haussener, επικεφαλής του Εργαστηρίου Επιστήμης και Τεχνολογίας Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (LRESE) στη Σχολή Μηχανικών είπε πως «Αυτή είναι η πρώτη επίδειξη παραγωγής ηλιακού υδρογόνου σε επίπεδο συστήματος.
Σε αντίθεση με τις τυπικές επιδείξεις εργαστηριακής κλίμακας, περιλαμβάνει όλες τις βοηθητικές συσκευές και εξαρτήματα, επομένως μας δίνει μια καλύτερη ιδέα για την ενεργειακή απόδοση που μπορείτε να περιμένετε μόλις εξετάσετε το πλήρες σύστημα και όχι μόνο την ίδια τη συσκευή.
Με ισχύ εξόδου άνω των 2 KW, σπάσαμε το ανώτατο όριο του 1 KW για τον πιλοτικό αντιδραστήρα μας, διατηρώντας παράλληλα υψηλή απόδοση σε αυτή τη μεγάλη κλίμακα.
Ο ρυθμός παραγωγής υδρογόνου που επιτεύχθηκε σε αυτήν την εργασία αντιπροσωπεύει ένα πραγματικά ενθαρρυντικό βήμα προς την εμπορική υλοποίηση αυτής της τεχνολογίας».
Σε δοκιμαστικό δρόμο ακόμη
Η εργασία βασίζεται σε προκαταρκτική έρευνα που καταδεικνύει την ιδέα σε εργαστηριακή κλίμακα, χρησιμοποιώντας τον ηλιακό προσομοιωτή υψηλής ροής της LRESE, που παρουσίασε η ομάδα στο Nature Energy το 2019 και τώρα, η ομάδα δημοσίευσε τα αποτελέσματα των κλιμακούμενων, αποδοτικών και πολλαπλών διαδικασιών παραγωγής προϊόντος υπό πραγματικές συνθήκες στο ίδιο περιοδικό.
Η παραγωγή υδρογόνου από νερό που χρησιμοποιεί ηλιακή ενέργεια αναφέρεται ως τεχνητή φωτοσύνθεση, αλλά το σύστημα LRESE μπορεί να παράγει επίσης θερμότητα και οξυγόνο σε κλίμακα.
Αφού το πιάτο συγκεντρώσει τις ακτίνες του ήλιου, το νερό αντλείται στο σημείο εστίασής του, όπου στεγάζεται ένας ενσωματωμένος φωτοηλεκτροχημικός αντιδραστήρας.
Μέσα σε αυτόν τον αντιδραστήρα, τα φωτοηλεκτροχημικά κύτταρα χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια για να ηλεκτρολύσουν ή να διασπάσουν τα μόρια του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο.
Παράγεται επίσης θερμότητα, αλλά αντί να απελευθερώνεται ως απώλεια συστήματος, αυτή η θερμότητα διέρχεται μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας ώστε να μπορεί να αξιοποιηθεί – για θέρμανση περιβάλλοντος, για παράδειγμα.
Εκτός από τις κύριες εξόδους υδρογόνου και θερμότητας του συστήματος, τα μόρια οξυγόνου που απελευθερώνονται από την αντίδραση φωτοηλεκτρόλυσης ανακτώνται επίσης και χρησιμοποιούνται.
«Το οξυγόνο θεωρείται συχνά ως απόβλητο προϊόν, αλλά σε αυτή την περίπτωση, μπορεί επίσης να αξιοποιηθεί, για παράδειγμα, για ιατρικές εφαρμογές», είπε ο Haussener.
Βιομηχανική και οικιακή ενέργεια
Το σύστημα είναι κατάλληλο για βιομηχανικές, εμπορικές και οικιακές εφαρμογές.
Στην πραγματικότητα, η LRESE-spinoff SoHHytec SA το αναπτύσσει ήδη και το εμπορευματοποιεί.
Η νεοσύστατη εταιρεία EPFL συνεργάζεται με μια ελβετική μονάδα παραγωγής μετάλλων για την κατασκευή μιας μονάδας επίδειξης στην κλίμακα πολλών 100 KW που θα παράγει υδρογόνο για διαδικασίες ανόπτησης μετάλλων, οξυγόνου για τα κοντινά νοσοκομεία και θερμότητα για τις ανάγκες σε ζεστό νερό του εργοστασίου.
Ο συνιδρυτής και διευθύνων σύμβουλος της SoHHytec, Saurabh Tembhurne, σημείωσε: «Με την πιλοτική επίδειξη στο EPFL, πετύχαμε ένα σημαντικό ορόσημο επιδεικνύοντας πρωτοφανή απόδοση σε υψηλές πυκνότητες ισχύος εξόδου και τώρα κλιμακώνουμε ένα σύστημα σε μια τεχνητή διάταξη που μοιάζει με κήπο, όπου κάθε ένα από αυτά τα «τεχνητά δέντρα» αναπτύσσεται με αρθρωτό τρόπο».
Το σύστημα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παροχή οικιακής και εμπορικής κεντρικής θέρμανσης και ζεστού νερού, καθώς και για την τροφοδοσία κυψελών καυσίμου υδρογόνου.
Σε επίπεδο παραγωγής,μισό κιλό ηλιακό υδρογόνο την ημέρα, του συστήματος του EPFL, θα μπορούσε να τροφοδοτήσει περίπου 1,5 οχήματα κυψελών καυσίμου υδρογόνου για μια μέση απόσταση, ετησίως.
Ή να καλύψει έως και το ήμισυ της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας και περισσότερο από το ήμισυ της ετήσιας ζήτησης θερμότητας ενός τυπικού ελβετικού νοικοκυριού τεσσάρων ατόμων.
Με το σύστημα τεχνητής φωτοσύνθεσής τους σε καλό δρόμο προς την κλιμάκωση, η Haussener ήδη εξερευνά νέους τεχνολογικούς δρόμους.
Συγκεκριμένα, το εργαστήριο εργάζεται σε ένα ηλιακό σύστημα μεγάλης κλίμακας που θα διασπούσε το διοξείδιο του άνθρακα αντί για το νερό, αποδίδοντας χρήσιμα υλικά όπως το αέριο σύνθεσης για υγρό καύσιμο ή το πράσινο αιθυλένιο.
Ενστάσεις
Η δυνατότητα διάθεσης στην αγορά τριών προϊόντων, υδρογόνου, οξυγόνου και της θερμότητας θα βοηθήσει τις οικονομικές προοπτικές αυτής της τεχνολογίας, όμως οι ρεαλιστές σημειώνουν ότι η απόδοση σε μια ηλιόλουστη μέρα θα είναι λίγο μικρότερη από 17 αμπέρ ή λίγο πάνω από το τυπικό μονοκύκλωμα των 15 αμπέρ των ΗΠΑ και αυτό δεν αρκεί.
Το δελτίο τύπου δεν είναι σαφές τι θα αποδίδει σε ετήσια βάση και ίσως είναι καλύτερο από ένα απλό φωτοηλεκτρικό στοιχείο.
Ακόμη και με την αυξημένη επένδυση για το χειρισμό οξυγόνου και θερμότητας, εξακολουθούμε να μην γνωρίζουμε πόσο μπορεί να είναι το οικονομικό όφελος.
www.worldenergynews.gr
