Căldură și oxigen produse cu noul sistem solar parabolic cu absorbție de hidrogen

Având în vedere asemănarea cu o antenă parabolica sau cu alte echipamente de telecomunicații, o antenă parabolică din campusul EPFL este ușor ratată, notează Azocleantech.

O caracteristică unică

Caracteristica unică a acestui sistem este că funcționează ca un copac artificial. Un reactor de deasupra vasului folosește lumina soarelui concentrată de aproximativ 1.000 de ori pentru a transforma apa în hidrogen, oxigen și căldură util și durabil.

Aceasta este prima demonstrație la nivel de sistem a generării de hidrogen solar. Spre deosebire de demonstrațiile tipice la scară de laborator, include toate dispozitivele și componentele auxiliare, astfel încât ne oferă o idee mai bună asupra eficienței energetice la care vă puteți aștepta odată ce luați în considerare sistemul complet, și nu doar dispozitivul în sine.

Sophia Haussener, șef, Laborator de știință și inginerie a energiei regenerabile, Școala de Inginerie, École polytechnique fédérale de Lausanne

Ea a adăugat: „Cu o putere de ieșire de peste 2 kilowați, am spart plafonul de 1 kilowatt pentru reactorul nostru pilot, menținând în același timp o eficiență record pentru această scară largă. Rata de producție de hidrogen atinsă în această lucrare reprezintă un pas cu adevărat încurajator către realizarea comercială a acestei tehnologii.”

Cercetarea extinde lucrările anterioare care au folosit simulatorul solar cu flux ridicat al Laboratorului de Știință și Inginerie a Energiei Regenerabile pentru a demonstra ideea la scară mică și a fost publicată în Nature Energy în 2019. De atunci, echipa a publicat rezultatele -abordarea produsului care a fost extinsă în condiții reale în același jurnal.

Fotosinteza artificială

Fotosinteza artificială este procesul de producere a hidrogenului din apă folosind energia solară, dar sistemul LRESE este unic, deoarece poate crea și căldură și oxigen pe scară largă.

În urma concentrației razelor solare în vas, apa este pompată în zona sa de focalizare, care găzduiește un reactor fotoelectrochimic integrat. Celulele fotoelectrochimice din acest reactor folosesc energia solară pentru a electroliza sau a împărți moleculele de apă în hidrogen și oxigen.

Căldura este creată, dar în loc să fie descărcată ca o pierdere de sistem, este transportată printr-un schimbător de căldură și captata, de exemplu, pentru încălzirea mediului ambiant.

Moleculele de oxigen generate de reacția de foto-electroliză sunt colectate și utilizate în plus față de principalele ieșiri ale sistemului de hidrogen și căldură.

„Oxigenul este adesea perceput ca un produs rezidual, dar în acest caz, poate fi, de asemenea, valorificat, de exemplu pentru aplicații medicale”, a spus Haussener.

Energie industrială și rezidențială

Spinoff-ul LRESE SoHHytec SA implementează și comercializează deja sistemul, care este adecvat pentru aplicații industriale, comerciale și rezidențiale.

Start-up-ul EPFL colaborează cu o unitate elvețiană de producție de metal pentru a construi o fabrică demonstrativă de mai multe 100 kW pentru a furniza căldură pentru nevoile de apă caldă ale fabricii, oxigen pentru spitalele locale și hidrogen pentru operațiunile de recoacere a metalelor.

Odată cu demonstrația pilot de la EPFL, am atins o etapă majoră prin demonstrarea unei eficiențe fără precedent la densități mari de putere de ieșire. Acum extindem un sistem într-o configurație asemănătoare unei grădini artificiale, în care fiecare dintre acești „copaci artificiali” este desfășurat într-un mod modular.

Aplicații

Tehnologia ar putea fi utilizată pentru a furniza apă caldă și încălzire centrală pentru proprietăți rezidențiale și comerciale și pentru a alimenta celulele de combustibil cu hidrogen.

Sistemul campusului EPFL ar putea satisface până la jumătate din cererea de energie electrică și mai mult de jumătate din cererea anuală de căldură a unei gospodării obișnuite de patru persoane elvețiane la un nivel de producție de aproximativ jumătate de kilogram de hidrogen solar pe zi sau să alimenteze aproximativ 1,5 pile de combustibil cu hidrogen. vehicule care parcurg o distanta medie anuala.

Haussener se uită deja la noi posibilități tehnice cu tehnologia sa de fotosinteză artificială, care este bine în abordarea sa de extindere.

Laboratorul lucrează la un sistem la scară largă alimentat cu energie solară, care ar diviza dioxidul de carbon în loc de apă, producând materiale valoroase precum gazul de sinteză pentru combustibil lichid sau precursorul plasticului verde, etilena.

(Referințe: Holmes-Gentle, I., și colab. (2023) Sistem de producere a hidrogenului solar la scară de kilowați folosind un dispozitiv fotoelectrochimic concentrat integrat. Energia Naturii. doi:10.1038/s41560-023-01247-2)