Новый реактор открывает путь к эффективному производству топлива из солнечного света

Используя обычный металл, применяемый в самоочищающихся печах, Соссина Хэйл (Sossina Haile) надеется изменить наше энергетическое будущее. Оксид церия, известный также как окись церия, концентрирует солнечную энергию и использует ее для эффективного преобразования диоксида углерода и воды в топливо. Этот металл является ключевым звеном в новой перспективной технологии, разработанной Хэйл и ее коллегами.

Солнечная энергия уже долгое время считается решением наших энергетических проблем. Но громадные объемы этой бесплатной энергии невозможно упаковать и отправить из солнечных мест в сумрачные уголки планеты, которые в ней нуждаются особенно. Благодаря разработке Хэйл, профессора материаловедения и химических технологий Калифорнийского технологического института, и ее коллег подобное может стать возможным.

Исследователи спроектировали и построили прототип реактора высотой шестьдесят сантиметров, в котором имеются кварцевое окно и оптический накопитель, аккумулирующий концентрированный солнечный свет. По словам Хэйл, накопитель работает по принципу увеличительного стекла, при помощи которого многие в детстве пытались сфокусировать солнечные лучи.

Принцип работы

В центре реактора имеется цилиндрический слой окиси церия – оксида металла, который обычно используется в стенах самоочищающихся печей, где он катализирует гелиоэнергетические реакции, разлагающие пищу и прилипшие вещества. Реактор использует способность церия выделять кислород из кристаллических структур при очень высоких температурах, а затем поглащать его обратно при более низких.

«Особенностью этого материала является то, что в реакцию вступает не весь кислород. В результате образованное вещество сохраняет свою структуру и без кислорода, - объясняет Хэйл. - Во время понижения температуры проявляется термодинамическое свойство материала поглощать кислород».

Кислород выделяют из двуокиси углерода (CO2) и/или молекул водяного пара (H2O), которые закачиваются в реактор, и в результате образуются окись углерода (CO) и/или водород (H2). Водород может быть использован в качестве топлива в водородных тепловыделяющих элементах, окись углерода в соединении с водородом – для создания синтетического газа, который является исходным материалом для жидкого углеводородного топлива. И как только церий окончательно окислится, можно снова повышать температуру, и цикл начнется заново.

Для проведения этих реакций температура в реакторе должна быть очень высокой – свыше 1600 градусов Цельсия. В Калифорнийском технологическом институте Хэйл и ее студенты смогли получить такую температуру при помощи электрической печи. Но для проведения испытаний в реальных условиях им были необходимы фотоны, и потому они отправились в Швейцарию, где в сотрудничестве с коллегами из института Пауля Шеррера установили реактор на большой имитатор солнечного излучения мощностью в 1500 солнц.

Достижения и планы

В экспериментах, проведенных прошлой весной, Хэйл и ее коллеги смогли достичь лучших показателей диссоциации углекислого газа, которые когда-либо были достигнуты. Эффективность реактора для расщепления углекислого газа необыкновенно высока. По словам Хэйл, это было достигнуто за счет того, что они использовали весь солнечный спектр, а не отдельные волны той или иной длины. Кроме этого, в отличие от электролиза, реакция не ограничивается низкой растворимостью углекислого газа в воде. Также Хэйл отметила, что работа реактора при высоких температурах делает возможным осуществление такого катализа без применения катализаторов, содержащих дорогие и редкие металлы (церий, по сути, является самым распространенным из редкоземельных металлов, он встречается почти так же часто, как медь).

В краткосрочной перспективе Хэйл и ее коллеги намерены работать в направлении повышения эффективности их разработки (от 15% и выше). В результате эта разработка сможет применяться в крупномасштабных энергетических установках, что позволит использовать солнечную энергию как в течение дня, так и ночью. Кроме этого, таким образом можно преобразовывать углекислый газ, выделяемый угольными электростанциями, в топливо для транспортных средств, что позволило бы использовать углерод в два раза эффективнее. Как отметила Хэйл, реактор также может эксплуатироваться при нулевом выделении углекислого газа.

Работа финансировалась Национальным Научным Фондом США, Фондом финансирования инициатив по возобновляемым источникам энергии и окружающей среды штата Миннесота и Швейцарским Национальным Научным Фондом.

• < Здание, согретое человеческим теплом
• Предсказатель мощности энергии ветра и солнца >

Комментарии: