Nowy reaktor otwiera drogę do efektywnej produkcji paliwa z wykorzystaniem światła słonecznego

Energia słoneczne często jest reklamowana jako rozwiązanie problemów i obaw związanych z globalnym zapotrzebowaniem na energię, ponieważ jest jej dużo i jest darmowa. Nie może być niestety magazynowana i transportowana z obszarów bardziej nasłonecznionych do tych o mniejszym nasłonecznieniu i/lub większym popycie na energię. Sytuację tę może zmienić proces opracowany przez zespół badawczy z Caltech (California Institute of Technology).

Naukowcy zbudowali wysoki na ok. 60 cm prototypowy reaktor posiadający kwarcowe okno i komorę pochłaniającą skoncentrowane promienie słoneczne.

- Koncentrator pracuje "jak szkło powiększające, którym bawiłeś się w dzieciństwie" skupiając promienie słoneczne - mówi Sossina Haile - profesor materiałoznawstwa i inżynierii chemicznej w Caltech.

Serce reaktora wyłożone jest warstwą tlenku ceru, który powszechnie używany jest w środkach do polerowania szyb i czyszczenia piekarników. W reaktorze został on użyty do przyspieszania reakcji wywołanych promieniami słonecznymi. Reaktor wykorzystuje specjalną właściwościach katalitycznych tlenku ceru i możliwości wyparcia tlenu ze związku w bardzo wysokich temperaturach oraz jego absorpcji w niższych temperaturach.

Reaktor ETH-Caltech produkuje cząsteczkowy wodór (H₂) i tlenek węgla - (CO) z wody (H₂O) i dwutlenku węgla (CO₂) dzięki dwukrokowemu cyklowi termoelektrycznemu.

Tlen jest otrzymywany z dwutlenku węgla i wody, które są wpompowywane do reaktora. Cząsteczkowy wodór może być wykorzystany do zasilania samochodów z wodorowymi ogniwami paliwowymi, a CO zmieszane z wodorem może być używane do wytwarzania syntetycznego gazu "syngas", który jest prekursorem paliw węglowo wodorowych. Dodając kolejne katalizatory do mieszaniny gazowej, można otrzymać metan.

Gdy tlenek ceru jest w pełni natleniony zostaje on ponownie podgrzany uwalniając nadmiar zmagazynowanego tlenu i jest zdolny do dalszej pracy.

Aby proces przebiegał poprawnie temperatura wewnątrz reaktora musi wynosić ok. 1600^oC. W laboratorium udało się osiągnąć takie temperatury wykorzystując piece elektryczne. Jednak w celu przeprowadzenia testu w warunkach realnych, zespół musiał udać się do Szwajcarii. W instytucie Paula Scherrera reaktor został zainstalowany w dużym symulatorze słonecznym, zdolnym do dostarczenia odpowiedniego ciepła.

W eksperymentach przeprowadzonych ostatnią wiosną prof. Haile z zespołem osiągnęła najlepszy wynik dysocjacji CO₂ jaki kiedykolwiek zanotowano. Wydajność reaktora w rozpadzie CO₂ była nadzwyczaj wysoka, ponieważ naukowcy używali całego spektrum światła, a nie tylko poszczególnych długości fali. Wysoka temperatura pracy, świadczy o możliwości szybkiej katalizy bez użycia drogich materiałów katalitycznych. Cer jest najbardziej pospolitym pierwiastkiem spośród należących do grupy metali rzadkich. W przyrodzie występuje w ilościach podobnych do miedzi.

physorg.com