17 آوریل 2023 -توسط سلیا لوترباخر، Ecole Polytechnique Federale de Lozanne -ظرف سهموی LRESE. اعتبار: LRESE EPFL
محققان EPFL یک راکتور خورشیدی در مقیاس آزمایشی ساخته‌اند که علاوه بر تولید هیدروژن با کارایی بی‌سابقه نسبت به اندازه‌اش، گرما و اکسیژن قابل استفاده تولید می‌کند.
یک بشقاب سهموی در محوطه دانشگاه EPFL دیده می شود، شبیه بشقاب ماهواره ای یا سایر زیرساخت های مخابراتی. اما این ظرف خاص است، زیرا مانند یک درخت مصنوعی عمل می کند. پس از تمرکز تابش خورشیدی تقریباً 1000 بار، راکتوری در بالای ظرف از آن نور خورشید برای تبدیل آب به هیدروژن، اکسیژن و گرما با ارزش و تجدیدپذیر 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. بر خلاف نمایش های معمولی در مقیاس آزمایشگاهی، همه دستگاه ها و اجزای کمکی را شامل می شود، بنابراین ایده بهتری از بازده انرژی که می توانید با در نظر گرفتن سیستم کامل انتظار داشته باشید، و نه فقط خود دستگاه به ما می دهد.ما با تحقق این فناوری توان خروجی بیش از 2 کیلووات، سقف 1 کیلووات راکتور آزمایشی خود را شکستیم و در عین حال راندمان بالایی را برای این مقیاس بزرگ حفظ کردیم..”
این کار بر اساس تحقیقات اولیه ای است که این مفهوم را در مقیاس آزمایشگاهی نشان می دهد، با استفاده از شبیه ساز خورشیدی با شار بالا LRESE، که در Nature Energy در سال 2019 منتشر شد. اکنون، تیم نتایج مقیاس، کارآمد و چندگانه خود را منتشر کرده است. تحقق این فناوری 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 ظرف 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 اتلاف سیستم آزاد شود، این گرما از یک مبدل حرارتی عبور می‌کند تا بتوان آن را مهار کرد – مثلاً برای گرمایش محیط.
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 – به عنوان مثال برای کاربردهای پزشکی».
انرژی صنعتی و مسکونی
این سیستم برای کاربردهای صنعتی، تجاری و مسکونی مناسب است. در واقع، LRESE-spinoff SoHHytec SA در حال حاضر 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 برای فرآیندهای بازپخت فلزات، اکسیژن برای بیمارستان های اطراف و گرما برای آب گرم کارخانه تولید می کند. نیاز دارد.
ساوراب تمبورن، بنیانگذار و مدیر عامل SoHHytec می گوید:
“با نمایش آزمایشی در EPFL، ما با نشان دادن راندمان بی‌سابقه در چگالی توان خروجی بالا، به نقطه عطف بزرگی دست یافتیم. ما اکنون در حال بزرگ‌نمایی سیستمی در یک مجموعه باغ‌مانند یک مد مدولار، مصنوعی هستیم، جایی که هر یک از این “درختان مصنوعی” در آن 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. در سطح خروجی حدود نیم کیلوگرم هیدروژن خورشیدی در روز، سیستم پردیس EPFL می تواند حدود 1.5 وسیله نقلیه پیل سوختی هیدروژنی را که مسافت متوسط سالانه را طی می کنند، 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 که به خوبی در راه است، 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 تقسیم می کند و مواد مفیدی مانند گاز سنتز برای سوخت مایع یا اتیلن پیش ساز پلاستیک سبز را تولید می کند.
