Az MIT új reaktorrendszere megötszörözné a napenergiával termelhető zöldhidrogén mennyiségét
A Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) kutatói olyan reaktorrendszert fejlesztettek, amely kizárólag a Nap energiájából képes teljesen zöld, szénmentes hidrogén üzemanyagot előállítani. A Solar Energy Journal folyóiratban megjelent tanulmány szerint a vízből a Nap hőjének segítségével kiválasztott hidrogén képes hosszú távon hajtani teherautókat, hajókat és repülőgépeket, üvegházhatású gázok kibocsátása nélkül.
A világon ma előállított hidrogén nagy része csak szürke energiaforrás, mivel azt földgáz és más fosszilis tüzelőanyagok felhasználásával termelik ki. Ezzel szemben az MIT kutatói által bemutatott termokémiai szoláris hidrogén (STCH) teljesen kibocsátásmentes alternatívát kínál. Az ilyen STCH-t előállító rendszerek már korábban is léteztek, de azok költségesen és rendkívül korlátozott hatékonysággal működtek: a beérkező napfénynek mindössze a 7 százalékát tudták hidrogén előállítására felhasználni.
A kutatók becslései szerint az új rendszer a Nap hőjének akár 40 százalékát is képes hasznosítani, ami óriási lépést jelent az így előállítható hidrogén mennyiségében, miközben a hatékonyság növelése csökkenti a rendszer összköltségét is. Az amerikai energiaügyi minisztérium célkitűzése, hogy 2030-ra kilogrammonként 1 dollárért kell zöldhidrogént előállítani, amitől még messze jár a technológia – jelenleg több mint 3 dollárba kerül kilogrammonként.
Az MIT-n fejlesztett rendszert a tervek szerint egy már létező energiaforrással, például egy koncentrált naperőművel (CSP) kötnék össze, ami egy több száz tükörből álló, köralakú tömb, amely összegyűjti és visszaveri a napfényt egy központi fogadótoronyba. Az STCH-rendszer ezután elnyelné a koncentrált hőt, amit vízbontásra és hidrogén előállítására irányít – ez a megoldás nagy mértékben különbözik az elektrolízistől, amely hő helyett elektromos áram segítségével bontja a vizet elemeire.
A rendszer egy körpályán futó, doboz alakú reaktorokból álló vonathoz hasonlít, ami egy naphőforrás, például egy CSP-torony körül fut. A reaktorok először egy forró állomáson haladnak át, ahol ki vannak téve a Nap hőjének, akár 1500 Celsius-fokos hőmérsékleten. Az extrém hő hatására a reaktorban található fém redukált állapotba kerül, vagyis készen áll arra, hogy a gőzből oxigént vegyen fel. Hogy ez megtörténhessen, a reaktor egy hűvösebb, 1000 fok körüli állomásra kerül, ahol gőz segítségével megkezdődik a hidrogén előállítása.
A korábbi STCH-tervek azonban két nagy akadályba ütköztek, amit az MIT kutatói igyekeztek kiküszöbölni. Korábban nem tudták, mit kezdjenek a redukált reaktorból a hűtés során felszabaduló hővel, amelynek visszanyerése és újrafelhasználása nélkül túl alacsony a rendszer hatásfoka ahhoz, hogy praktikus legyen. Másfelől gondot okozott az energiahatékony vákuum létrehozása is, ahol a fémeket rozsdamentesíteni lehet – egyes prototípusok mechanikus szivattyúkkal állítanak elő vákuumot, ám ezeknek túl nagy az energiaigénye, így túl költségesek a nagyüzemi hidrogéngyártáshoz.
Az MIT rendszerében ezért a körpálya ellentétes oldalain lévő reaktorok hősugárzás révén hőcserét folytatnak, vagyis a forró reaktorokat hűtik, a hűvösebbeket pedig fűtik, így a hő a rendszeren belül marad. A kutatók továbbá egy második reaktorcsoportot is létrehoztak, amelynek egységei az első vonat körül, ellentétes irányba keringenek. Ez a külső reaktorsor hűvösebb hőmérsékleten működik, és a belső reaktorokból szívja el az oxigént és rozsdamentesíti az eredeti fémet, így nincs szükség energiaigényes mechanikus szivattyúkra.
A kutatók jövőre építik meg a rendszer prototípusát, amit az amerikai energiaügyi minisztérium laboratóriumaiban található koncentrált naperőművekben tesztelnek majd.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten: