Mimo iż wygląda jak antena, urządzenie zainstalowane na kampusie Politechniki Federalnej w Lozannie (EPFL) jest czymś zupełnie innym. Działa jak sztuczne drzewo i może wykorzystać promienie słoneczne do zamiany wody na podstawowe składniki: wodór, tlen i ciepło.
Czytaj też: Bateria słoneczna oparta na fotoanodach z azotku węgla, czyli jak magazynować energię
Praca jej zespołu opiera się na wstępnych badaniach demonstrujących koncepcję w skali laboratoryjnej, przy użyciu symulatora słonecznego LRESE o wysokim strumieniu, który został opisany w 2019 r. Teraz zespół opublikował wyniki swojego skalowanego, wydajnego i wieloproduktowego procesu w warunkach rzeczywistych w Nature Energy.
Jest to pierwsza demonstracja na poziomie systemu wytwarzania wodoru z energii słonecznej. W przeciwieństwie do typowych demonstracji w skali laboratoryjnej, obejmuje ona wszystkie urządzenia pomocnicze i komponenty. Z mocą wyjściową ponad 2 kW, przekroczyliśmy pułap 1 kW dla naszego reaktora pilotażowego, zachowując jednocześnie rekordowo wysoką wydajność dla tak dużej skali. Szybkość produkcji wodoru osiągnięta w tej pracy stanowi naprawdę zachęcający krok w kierunku komercjalizacji tej technologii. Prof. Sophia Haussener, kierownik Laboratorium Nauki i Inżynierii Energii Odnawialnej (LRESE) z EPFL
Reaktor słoneczny zamieni wodę w wodór, tlen i ciepło
Produkcja wodoru z wody przy użyciu energii słonecznej to tzw. sztuczna fotosynteza, ale system LRESE jest wyjątkowy ze względu na jego zdolność do wytwarzania również ciepła i tlenu w skali. Ale na czym właściwie to polega?
Czytaj też: Chiny stworzą wyjątkowy magazyn energii. Żadne państwo takiego nie ma
Talerz koncentruje promienie słoneczne, a woda jest pompowana do punktu skupienia, w którym znajduje się zintegrowany reaktor fotoelektrochemiczny. Zachodzi tam proces zwany elektrolizą, czyli rozszczepienia cząsteczek wody na wodór i tlen. Powstaje ciepło, ale nie jest ono uwalniane jako “strata”, a przechodzi przez wymiennik ciepła, dzięki czemu można je wykorzystać, np. do ogrzania otoczenia. Oprócz podstawowych produktów systemu (wodoru i ciepła), odzyskiwane i wykorzystywane są również cząsteczki tlenu uwalniane w reakcji fotoelektrolizy.
Tlen jest często postrzegany jako produkt odpadowy, ale w tym przypadku można go również wykorzystać – na przykład do zastosowań medycznych. Prof. Sophia Haussener
System nadaje się do zastosowań przemysłowych, komercyjnych i mieszkaniowych. Inżynierowie EPFL współpracują ze szwajcarskim zakładem produkującym metale, aby zbudować instalację demonstracyjną na skalę wielu 100-kilowatowych elektrowni, która będzie produkować wodór do procesów wyżarzania metali, tlen dla pobliskich szpitali oraz ciepło na potrzeby ciepłej wody w fabryce.