الطاقة الحرارية الشمسية Solar thermal power
أبتكار جهاز جديد واعد لإنتاج الهيدروجين يستخدم الطاقة الحرارية الشمسية المركزة
عندما يتعلق الأمر بالمصادر المتاحة للطاقة المتجددة ، فأن أكثر التركيز يكون على الطاقة الشمسية ، لأن جميع المصادر الأخرى ، مثل طاقة الرياح وطاقة الكتلة الحيوية تستمد منها في نهاية المطاف.
لكن تحديات الطاقة الشمسية والخاصة بها هي أكثر سهولة لتحويلها إلى حرارة أو كهرباء ، ولكن لا يمكننا تخزين أي منها في كثافة عالية وبما يكفي لاستخدامات مثل هذا التحويل.
هذا ما يفسر لماذا هناك الكثير من الجهد للخوض في أشياء مثل الوقود الحيوي واستخدام الكهرباء لإنتاج الهيدروجين , ومع ذلك فكل خطوة إضافية تنطوي على عدم الكفاءة هو محتمل.
هذه المشاكل هي ما جعلت من النظام الجديد جذاب جدا , فهذا الجهاز قادر على أخذ الطاقة الشمسية واستخدامها مباشرة لتجزئة الماء ، وإنتاج الأوكسجين و الهيدروجين , كما يمكن إن يؤدى إلى تحويل مماثل على ثاني أكسيد الكربون و تحويله إلى غاز أول أكسيد الكربون و أوكسجين.
والأفضل من ذلك ، فإنه لا يحتاج حافز غريب exotic catalyst وبدلا من ذلك فأن الحافز المستخدم في هذا الجهاز الجديد يستند على السيريوم cerium ، وهو عنصر متوفر بوفرة مثل عنصر النحاس و يبقى مستقرا ولعدة مئات من دورات.
الجزء الهيكلي للجهاز هو بسيط بشكل ملحوظ , فكل عمله يكون باعتباره مجرد عدسة للتركيز و التي توجه أشعة الشمس من خلال نافذة من الكوارتز شفاف إلى غرفة التفاعل , حيث صممت الغرفة للانعكاس الداخلي ، وهي فعالة بما فيه الكفاية لأسر معظم الفوتونات the photons , فأبعادها مختارة لضمان انعكاسات داخلية متعددة و كفئة لالتقاط الطاقة الشمسية الواردة ، ولها قابلية للامتصاص تتجاوز 0،94 ، وهي تقترب من الحد المثالي الأسود , وعندما تستوعبها يتم تحويل تلك الفوتونات إلى حرارة.
ارتفاع درجة الحرارة يكون بمعدل 140 درجة مئوية في دقيقة حتى تصل إلى أكثر من 1250 درجة مئوية ، قبل إن تستقر بين 1400 و 1600 درجة مئوية , وتلك درجات الحرارة (الساخنة جدا) تكون كافية للتسبب في التغيير الكيميائي في المحفز catalyst، واسطوانة أوكسيد السيريوم ذو النفاذية porous cerium dioxide , فعند درجات الحرارة العالية وفي هذه المرحلة من التفاعل يفقد أوكسيد السيريوم واحد من جزيئي الأوكسجين.
وبتمرير بعض من غاز خامل على الأسطوانة النافذة porous cylinder يحصل تدفق مستمر للأوكسجين من الجهاز ، والذي يستمر لأكثر من ساعة قبل أن يسقط (معدل الذروة كان 34 ml من الأوكسجين في الدقيقة الواحدة في عينة من 325mg من أوكسيد السيريوم).
عندما يتوقف إنتاج الأوكسجين تنخفض درجة الحرارة في الجهاز إلى أقل من (900 درجة مئوية) والتفاعل يضخ للغرفة , وعندما أستخدم بخار الماء ، فإن الحافز سوف يجزئ أوكسجينه لإصلاح reform أوكسيد السيريوم , وهذا سيطلق الهيدروجين بسرعة وكفاءة ، وهذا جزء من التفاعل يكون عادة كاملا في أقل من 10 دقيقة , وبالتناوب يمكن ضخ غاز ثاني أوكسيد الكربون ، وفي هذه الحالة ينتج أول أكسيد الكربون.
في التجارب الأولى على الجهاز حصل هبوط شاذ في الأداء خلال دورات مائة الأولى ، حيث وجدوا أن ذلك كان مرتبطا مع إعادة تنظيم هيكل أوكسيد السيريوم من خلال عمليات التسخين المتكررة , وبمجرد أن المادة تكون الجزيئات الكبيرة إلى حد ما ، استقر الأداء وبقيت مستقرة لـ 400 دورة.
استخدم المصممين صيغ معقدة لحساب كفاءة الجهاز ، وفي حسابات الأشياء مثل مدخلات الطاقة الشمسية ، ومعدل تدفق الغاز الخامل ، والطاقة اللازمة لتنقية النواتج , ووفقا لحساباتهم ، فإن النتائج كانت مبشرة ومثيرة للإعجاب.
بطبيعة الحال هناك بعض السلبيات لهذا النظام المستحدث , حيث هناك حاجة إلى إمدادات ثابتة من الغاز الخامل وثاني أوكسيد الكربون والمياه والتي تستخدم كمدخلات لمنظومة الجهاز حيث يجب أن تبقى نقية وذلك للحفاظ على خواص المواد الكيميائية الأخرى من البناء النافذ للمواد porosity ليسهل اختراقها ، و المياه النقية غالبا ما تكون سلعة نادرة إلى حد ما وتتطلب طاقة كبيرة لإنتاجها , وكذلك فهذا النظام كان ينتج كميات كبيرة من الحرارة المهدورة التي يمكن حصادها وضعها في الاستخدام (فعدم الكفاءة الأساسي الآن هو فقدان الحرارة.(
القدرة على تبديل النظام بين أول أكسيد الكربون وإنتاج الهيدروجين هي أيضا مثيرة للاهتمام , فنحن عادة و بالفعل نستخدم هذين المكونين لإنتاج الميثانول ، والتي يمكن نقلها بكميات كبيرة والمستخدمة في خلايا الوقود ، وأنه قد يكون من الممكن الجمع بينهما في الهيدروكربونيات الأكثر تعقيدا , كما قد يكون من الممكن استخدام هذا كجزء من نظام لعزل الكربون.
على أي حال ، فإن الباحثين الذين شاركوا في تصميم هذا الجهاز جادين بالعمل تصميم المعدات الخاصة لتكون سهلة التصنع بكميات كبيرة ومناسبة لتدخل في عمل المنشأة الصناعية , لذلك يبدو بأن هناك محاولة جادة في الحصول على شيء يمكن الاعتماد عليه في تطوير هذا العالم.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق