Pozrite si
Dnes sa vodík vo veľkej miere vyrába „špinavými“ procesmi z fosílnych palív, hlavne zo zemného plynu takzvanou parnou reformáciou metánu. Dôvodom je cena. Rozvíja sa aj produkcia „zeleného“ vodíka, vyrábaného elektrolýzou vody pomocou elektriny z obnoviteľných zdrojov. Ekologické dopady tejto technológie však tiež nie sú úplne zanedbateľné. Okrem plytvania elektrinou, ktorá by sa dala využiť priamo na pohon elektrickej trakcie, alebo na nabíjanie batérií elektromobilov, elektrolyzéry potrebujú aj drahé katalyzátory.
Na rozdiel od toho solárny termochemický vodík (solar thermochemical hydrogen, STCH) ponúka úplne bezemisnú alternatívu, pretože sa pri výrobe spolieha výlučne na obnoviteľnú slnečnú energiu a to bez elektriny. Doterajšie systémy majú však extrémne nízku účinnosť a vysoké náklady. Na výrobu vodíka využívajú iba asi 7 percent prichádzajúceho slnečného žiarenia. Vedci z technologického inštitútu MIT ale predstavili riešenie STCH, schopné pracovať s účinnosťou až 40%. To už je zaujímavé.
Obsah pokračuje pod reklamou
V štúdii, ktorá bola publikovaná v časopise Solar Energy Journal, inžinieri navrhli koncept systému, ktorý dokáže efektívne vyrábať solárny termochemický vodík. Využíva slnečné teplo na priamy rozklad vody a generovanie čistého vodíka, ktorý môže poháňať nákladné autá, lode a lietadlá s palivovými článkami, prípadne so spaľovacím motorom na vodík. V oboch prípadoch tvorí emisie len vodná para.
Ako to funguje? Podobne ako pri podobných riešeniach aj systém MIT by bol poháňaný zdrojom solárneho tepla, aký používajú termosolárne elektrárne. Ide o kruhové pole mnohých zrkadiel, ktoré smerujú slnečné svetlo do centrálnej prijímacej veže. Systém STCH potom absorbuje teplo prijímača a nasmeruje ho na štiepenie vody a produkciu vodíka.
Koncept termosolárneho systému na výrobu vodíka STCH
Prebieha tu dvojfázová termochemická reakcia. V prvom kroku prichádza horúca vodná para do kontaktu s kovom, ktorý z nej odoberá kyslík a uvoľňuje vodík. Táto oxidácia kovu pripomína hrdzavenie železa v prítomnosti vody, ale prebieha oveľa rýchlejšie. Po oddelení vodíka sa zoxidovaný kov znovu zahreje vo vákuu, čo zvráti proces hrdzavenia a kov regeneruje. Po odstránení kyslíka sa kov ochladí a znovu môže byť oxidovaný v pare, aby produkoval ďalší vodík.
Systém MIT, navrhnutý tak, aby optimalizoval tento proces, pripomína vlak skriňových reaktorov jazdiacich po kruhovej dráhe okolo solárneho tepelného zdroja.
Každý reaktor by najskôr prešiel horúcou fázou pri teplotách až 1500 stupňov Celzia. Toto extrémne teplo by účinne „vytiahlo“ kyslík z kovu reaktora. Tento kov by potom v „redukovanom“ stave pohltil kyslík z pary. Stalo ba sa tak pri teplotách okolo 1 000 stupňov Celzia v chladiacej stanici.
Koncept STCH navrhnutý MIT
Podobné koncepty STCH čelia problému, čo robiť s teplom uvoľneným redukovaným reaktorom pri jeho ochladzovaní. Bez rekuperácie a opätovného využitia tohto tepla je účinnosť systému príliš nízka. Druhým nedostatkom je nutnosť energeticky účinného vákua, kde sa kov odhrdzuje. Čerpadlá sú príliš energeticky náročné a drahé.
MIT na rekuperáciu väčšiny tepla, ktoré by inak uniklo zo systému, umiestnil reaktory na opačných stranách kruhové dráhy. Horúce reaktory sa ochladzujú, zatiaľ čo studené reaktory sa ohrievajú, čo udržuje teplo v systéme. Druhá sada reaktorov by krúžila okolo prvého „vlaku“ v opačnom smere. Vonkajšia skupina reaktorov by pracovala pri nižších teplotách a používala by sa na odvádzanie kyslíka z teplejšej vnútornej skupiny bez potreby mechanických čerpadiel.
Obidve reaktorové súpravy by bežali nepretržite a vytvárali by oddelené prúdy čistého vodíka a kyslíka. Simulácie ukázali, že by to výrazne zvýšilo účinnosť solárnej termochemickej výroby vodíka, zo 7 % na 40 %.
V budúcom roku plánujú výskumníci postaviť prototyp systému, ktorý sa bude testovať v zariadeniach na koncentrovanú solárnu energiu v laboratóriách amerického ministerstva energetiky, ktoré v súčasnosti projekt financuje.
Zdroj