Một hệ thống hydro năng lượng mặt trời đồng tạo ra nhiệt và oxy

Một hệ thống hydro năng lượng mặt trời đồng tạo ra nhiệt và oxy

    Một hệ thống hydro năng lượng mặt trời đồng tạo ra nhiệt và oxy
    của Celia Luterbacher, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

    A solar hydrogen system that co-generates heat and oxygen

    Đĩa parabol LRESE. Ảnh: LRESE EPFL


    Các nhà nghiên cứu của EPFL đã xây dựng một lò phản ứng năng lượng mặt trời quy mô thí điểm tạo ra nhiệt và oxy có thể sử dụng được, ngoài ra còn tạo ra hydro với hiệu suất chưa từng có so với kích thước của nó.

    Một đĩa parabol trong khuôn viên EPFL rất dễ bị bỏ qua, giống như một đĩa vệ tinh hoặc cơ sở hạ tầng viễn thông khác. Nhưng món này đặc biệt, vì nó hoạt động như một cái cây nhân tạo. Sau khi tập trung bức xạ mặt trời gần 1.000 lần, một lò phản ứng phía trên đĩa sử dụng ánh sáng mặt trời đó để chuyển nước thành hydro, oxy và nhiệt có giá trị và có thể tái tạo.

    "Đây là cuộc trình diễn cấp hệ thống đầu tiên về sản xuất hydro từ năng lượng mặt trời. Không giống như các cuộc trình diễn ở quy mô phòng thí nghiệm điển hình, nó bao gồm tất cả các thiết bị và bộ phận phụ trợ, vì vậy, nó cho chúng tôi ý tưởng tốt hơn về hiệu suất năng lượng mà bạn có thể mong đợi sau khi xem xét toàn bộ hệ thống, và không chỉ bản thân thiết bị," Sophia Haussener, người đứng đầu Phòng thí nghiệm Khoa học và Kỹ thuật Năng lượng Tái tạo (LRESE) tại Trường Kỹ thuật cho biết.

    "Với công suất đầu ra hơn 2 kilowatt, chúng tôi đã phá vỡ mức trần 1 kilowatt cho lò phản ứng thí điểm của mình trong khi vẫn duy trì hiệu suất cao kỷ lục cho quy mô lớn này. Tỷ lệ sản xuất hydro đạt được trong nghiên cứu này thể hiện một bước thực sự đáng khích lệ đối với thương mại hiện thực hóa công nghệ này."

    Công việc được xây dựng dựa trên nghiên cứu sơ bộ chứng minh khái niệm này ở quy mô phòng thí nghiệm, sử dụng mô phỏng năng lượng mặt trời thông lượng cao của LRESE, đã được xuất bản trên Nature Energy vào năm 2019. Giờ đây, nhóm đã công bố kết quả của quy trình mở rộng, hiệu quả và đa năng của họ. quá trình sản phẩm trong điều kiện thế giới thực trong cùng một tạp chí.

    Lãng phí không, muốn không
    Quá trình sản xuất hydro từ nước sử dụng năng lượng mặt trời được gọi là quá trình quang hợp nhân tạo, nhưng hệ thống LRESE là hệ thống duy nhất có khả năng tạo ra nhiệt và oxy trên quy mô lớn.

    Nguồn: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
    Sau khi đĩa hội tụ các tia nắng mặt trời, nước được bơm vào điểm hội tụ của nó, nơi đặt một lò phản ứng quang điện hóa tích hợp. Trong lò phản ứng này, các tế bào quang điện hóa sử dụng năng lượng mặt trời để điện phân hoặc phân tách các phân tử nước thành hydro và oxy. Nhiệt cũng được tạo ra, nhưng thay vì được giải phóng dưới dạng tổn thất hệ thống, nhiệt này được truyền qua bộ trao đổi nhiệt để có thể khai thác—ví dụ như để sưởi ấm xung quanh.

    Ngoài các đầu ra chính của hệ thống là hydro và nhiệt, các phân tử oxy được giải phóng bởi phản ứng quang điện phân cũng được thu hồi và sử dụng.

    Haussener nói: “Oxy thường được coi là một chất thải, nhưng trong trường hợp này, nó cũng có thể được khai thác—ví dụ như cho các ứng dụng y tế”.

    Năng lượng công nghiệp và dân dụng
    Hệ thống phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp, thương mại và dân dụng; trên thực tế, LRESE-spinoff SoHHytec SA đã triển khai và thương mại hóa nó. Công ty khởi nghiệp EPFL đang hợp tác với một cơ sở sản xuất kim loại có trụ sở tại Thụy Sĩ để xây dựng một nhà máy trình diễn ở quy mô nhiều 100 kilowatt sẽ sản xuất hydro cho các quy trình ủ kim loại, oxy cho các bệnh viện gần đó và nhiệt cho nước nóng của nhà máy. nhu cầu.

    "Với cuộc trình diễn thử nghiệm tại EPFL, chúng tôi đã đạt được một cột mốc quan trọng bằng cách chứng minh hiệu quả chưa từng có ở mật độ công suất đầu ra cao. Chúng tôi hiện đang mở rộng hệ thống trong một thiết lập giống như khu vườn nhân tạo, trong đó mỗi 'cây nhân tạo' này được triển khai trong một kiểu mô-đun," Saurabh Tembhurne, đồng sáng lập và CEO của SoHHytec, nói.

    Hệ thống này có thể được sử dụng để cung cấp nước nóng và sưởi ấm trung tâm thương mại và dân cư, đồng thời cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu hydro. Ở mức đầu ra khoảng nửa kg hydro mặt trời mỗi ngày, hệ thống khuôn viên EPFL có thể cung cấp năng lượng cho khoảng 1,5 phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu hydro chạy quãng đường trung bình hàng năm; hoặc đáp ứng tới một nửa nhu cầu điện và hơn một nửa nhu cầu nhiệt hàng năm của một hộ gia đình Thụy Sĩ điển hình gồm bốn người.

    Với hệ thống quang hợp nhân tạo của họ đang trên đường mở rộng quy mô, Haussener đã khám phá những con đường công nghệ mới. Đặc biệt, phòng thí nghiệm đang nghiên cứu một hệ thống năng lượng mặt trời quy mô lớn sẽ phân tách carbon dioxide thay vì nước, tạo ra các vật liệu hữu ích như khí tổng hợp cho nhiên liệu lỏng hoặc tiền chất nhựa xanh ethylene.

    Zalo
    Hotline