Rozwiązanie problemu przerwy w zasilaniu energią słoneczną

Spalanie gazu ziemnego emituje o połowę mniej dwutlenku węgla niż spalanie węgla, ale nadal wytwarza duże ilości gazu cieplarnianego w atmosferze. Nowatorskie urządzenie opracowywane w Laboratorium Narodowym Pacific Northwest (PNNL) może zmniejszyć te emisje o 20 procent, wykorzystując ciepło słoneczne do konwersji gazu ziemnego na alternatywne paliwo zwane gazem syntezowym, paliwo o niższej zawartości węgla.

Paliwo słoneczne: Naczynie paraboliczne skupia światło słoneczne w prototypowym urządzeniu, które można wykorzystać do uszlachetniania gazu ziemnego.

Proces ten pozwala uniknąć problemu nieciągłości paneli słonecznych, których wydajność zależy od pogody i pory dnia. Wytwarzane przez nowe urządzenie paliwo może być magazynowane i wykorzystywane zawsze, gdy jest to potrzebne do generowania stałych dostaw energii elektrycznej.

Celem naukowców jest wykorzystanie urządzenia do produkcji energii elektrycznej za sześć centów za kilowatogodzinę energii elektrycznej, która jest konkurencyjna w stosunku do paliw kopalnych.

Urządzenie wykorzystuje paraboliczną czaszę do skupiania światła słonecznego, wytwarzając ciepło. Ciepło to zapewnia energię potrzebną do przekształcenia metanu w gaz syntezowy, który jest mieszanką tlenku węgla i wodoru. Woda jest podgrzewana w celu wytworzenia pary, która jest następnie wykorzystywana w procesie zwanym reformingiem parowym, który jest wykorzystywany w rafinacji ropy naftowej i innych procesach przemysłowych. Podczas reformingu parowego para reaguje z metanem, głównym składnikiem gazu ziemnego, tworząc gaz syntezowy.

Syngaz można spalać w elektrowniach na gaz ziemny w celu wytworzenia energii elektrycznej. Gaz syntezowy można również przetwarzać na paliwa płynne, takie jak olej napędowy – łatwiej jest przekształcić gaz syntezowy w paliwo płynne niż metan. Może to być przydatne do zmniejszenia importu ropy, ale korzyści z emisji dwutlenku węgla nie są jasne. Naukowcy nie ustalili jeszcze, czy technologia zmniejszy emisje węgla w porównaniu z ropą naftową, po części dlatego, że dwutlenek węgla jest emitowany podczas procesu konwersji gazu syntezowego na paliwo płynne.

Chociaż nie eliminuje całkowicie emisji dwutlenku węgla, jest bliższe praktycznemu niż niektóre inne podejścia do wykorzystywania energii słonecznej do generowania paliw, mówi James Miller , szef programu Sunshine to Petrol w Sandia National Laboratory, który nie jest zaangażowany w pracę w PNNL. Reformowanie parowe to uznany proces, który nie wymaga żadnych przełomów w katalizatorach ani materiałach. Technologia [PNL] jest atrakcyjna, ponieważ jest to coś, co można potencjalnie zrobić w najbliższej przyszłości, aby poczynić postępy w ograniczaniu emisji dwutlenku węgla, mówi.

W przeciwieństwie do tego Miller opracowuje technologię, która przekształca dwutlenek węgla i wodę w olej napędowy, który wymaga znacznie więcej energii i nowych materiałów, a jego opracowanie zajmie więcej czasu (patrz Przekształcanie dwutlenku węgla w paliwo i Demonstracja urządzenia do recyklingu CO2 ).

Alternatywą dla nowej technologii jest wykorzystanie pary ze skoncentrowanego światła słonecznego do bezpośredniego wytwarzania energii elektrycznej przez turbiny parowe. W takim systemie ciepło może być magazynowane poprzez podgrzewanie stopionych soli, które można wykorzystać do wytworzenia pary po zachodzie słońca (patrz Tania energia słoneczna w nocy ). Potencjalną zaletą nowego podejścia jest to, że syngaz mógłby być wykorzystywany do wytwarzania energii elektrycznej lub paliw płynnych, w zależności od tego, które okaże się bardziej ekonomiczne, mówi Robert Weeng , który kieruje pracą w PNNL.

Proces jest bardziej wydajny niż wytwarzanie energii elektrycznej z paneli słonecznych. Pierwszy prototyp przechowuje 63 procent energii słonecznej, która go pada, w postaci energii chemicznej. Spalanie paliwa w elektrowni spowoduje zmarnowanie około połowy tej energii w postaci ciepła, obniżając ogólną wydajność do około 30 procent, ale i tak jest to dwukrotnie większa wydajność typowych paneli słonecznych. Przechowywanie energii słonecznej w postaci wiązań chemicznych w gazie syntezowym może okazać się tańsze niż przechowywanie tej energii w bateriach, przynajmniej w najbliższej przyszłości.

Jednak system w swojej obecnej formie może być nadal zbyt drogi, aby konkurować z paliwami kopalnymi. Aby obniżyć koszty, naukowcy pracują nad jeszcze większą poprawą wydajności, co zwiększyłoby ilość paliwa, które może wytworzyć każde urządzenie, a więc mniej byłoby potrzebne. Zaczynają od podwyższenia temperatury, w której pracuje, co wymaga udoskonalenia materiałów, z jakich wykonane jest urządzenie. Naukowcy pracują również nad poprawą wydajności systemu, który podgrzewa napływające paliwo – systemu wymiany ciepła, który przepływa metan przez mikroskopijne kanały.

Wprowadzane są również ulepszenia w systemie koncentracji słońca w celu obniżenia kosztów produkcji. Robi to firma spin-off o nazwie Solar Thermochemical. Opracowują zarówno czasze paraboliczne, takie jak te użyte w pierwszym prototypie, jak i duże pola luster, które skupiają światło na centralnej wieży, takie jak elektrownie słoneczne budowane w Ivanpah przez BrightSource Energy (patrz BrightSource posuwa się naprzód na innym masywnym Ciepłownia ).

ukryć