Reaktor słoneczny „beam-down” do produkcji zielonego wodoru

Australijska organizacja naukowo-badawcza CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) zaprezentowała pierwszy w kraju reaktor słoneczny typu „beam-down”, zdolny do produkcji zielonego wodoru przy wykorzystaniu skoncentrowanej energii słonecznej i cząstek metali. To innowacyjne rozwiązanie, opracowane w Centrum Energetycznym CSIRO w Newcastle przy wsparciu finansowym Australian Renewable Energy Agency (ARENA), może odegrać ważną rolę w dekarbonizacji trudno elektryfikowalnych gałęzi przemysłu, takich jak hutnictwo stali, produkcja żelaza czy tlenku glinu.

Jak działa technologia „beam-down”?

Nowy system odchodzi od tradycyjnych koncepcji odbiorników słonecznych umieszczanych na szczycie wieży. Zamiast tego zastosowano pole heliostatów (luster śledzących ruch słońca), które skupiają światło na szczycie centralnej wieży. Światło to jest następnie kierowane w dół, do reaktora umieszczonego na platformie naziemnej.

W sercu instalacji znajduje się zaawansowany reaktor termochemiczny, który wykorzystuje tlenek metalu (dokładnie zmodyfikowaną formę ceru), zdolną do cyklicznego uwalniania i pochłaniania tlenu w stosunkowo niskich temperaturach. Gdy materiał zostaje podgrzany skoncentrowanym światłem słonecznym, uwalnia tlen, a następnie w kontakcie z parą wodną ponownie go absorbuje, rozkładając wodę i uwalniając czysty wodór.

Efektywność, która może przebić elektrolizę

Według badaczy CSIRO technologia osiągnęła sprawność konwersji energii słonecznej na wodór powyżej 20%, co wyprzedza obecne systemy oparte na elektrolizie. Te ostatnie zazwyczaj oscylują wokół 15%. Co więcej, dzięki zastosowaniu dopowanych cząstek cerii opracowanych przez naukowców z Uniwersytetu Niigata w Japonii, udało się uzyskać nawet trzykrotnie wyższą produkcję wodoru niż w przypadku standardowych materiałów katalitycznych.

„Nie jesteśmy jeszcze na etapie przemysłowym, ale wykazaliśmy silną reaktywność przy umiarkowanych warunkach operacyjnych. Przy dalszej optymalizacji możemy zbliżyć się do wydajności i kosztów elektrolizy” — powiedział dr Jin-Soo Kim, główny badacz projektu z CSIRO.

Klucz do przyszłości przemysłu bez emisji

Choć panele słoneczne są powszechnym widokiem na australijskich dachach, około 75% zużycia energii w kraju nadal opiera się na paliwach kopalnych. Jest to szczególnie silnie widoczne zwłaszcza w przemyśle ciężkim i transporcie. Zielony wodór, wytwarzany bezemisyjnie, może być odpowiedzią na wyzwania związane z dekarbonizacją tych sektorów.

„Większość wodoru dziś powstaje z metanu, co wiąże się z emisją CO₂. Aby produkować wodór naprawdę zielony, potrzebujemy skalowalnych, niezawodnych i tanich metod niezależnych od paliw kopalnych” – zaznaczył Michael Rae, informatyk i badacz systemów słonecznych w CSIRO.

Nowy reaktor „beam-down” umożliwia nie tylko wydajniejszą produkcję wodoru, ale także otwiera nowe możliwości badawcze w dziedzinie wysokotemperaturowych reakcji chemicznych – potencjalnie również dla zastosowań takich jak rafinacja metali.

Australia stawia na zielony wodór

Demonstracja pełnego cyklu produkcyjnego to ważny krok w stronę przemysłowego wykorzystania tej technologii. Jeżeli CSIRO doprowadzi projekt do skali komercyjnej, Australia może umocnić swoją pozycję jako światowy dostawca niskoemisyjnego paliwa dla najbardziej emisyjnych sektorów przemysłu.

„To ogromny krok dla australijskich badań nad energią słoneczną” — podkreśla dr Noel Duffy, kierownik ds. technologii słonecznych w CSIRO. „Reaktor ‘beam-down’ to platforma, która może zrewolucjonizować nie tylko produkcję wodoru, ale i inne procesy przemysłowe wymagające wysokiej temperatury”.

Źródło: csiro.au