پالایشگاه خورشیدی برای تولید سوخت مایع از نور خورشید راه اندازی شد

بر اساس گزارش ها ICTNNمحققان ETH زوریخ فناوری تولید کرده اند که قادر به تولید سوخت های حمل و نقل بدون کربن از نور خورشید و هوا است. به مدت دو سال، محققان به رهبری پروفسور آلدو استاینفلد مسئول بردارهای انرژی تجدیدپذیر در ETH، مینی پالایشگاه خورشیدی روی پشت بام یک آزمایشگاه خودرو در مرکز زوریخ. این سیستم منحصر به فرد می تواند سوخت های انتقال سیال مانند متانول یا نفت سفید را از نور خورشید و هوا در یک فرآیند ترموشیمیایی چند مرحله ای تولید کند.

سوختگی قطره ای چیست؟

سوخت های قطره ای جایگزین های مصنوعی برای سوخت های هیدروکربنی مایع مشتق شده از نفت مانند نفت سفید و بنزین هستند که با زیرساخت های موجود برای ذخیره، توزیع و استفاده از سوخت های حمل و نقل سازگاری کامل دارند. این سوخت های مصنوعی می توانند به طور خاص به پایداری حمل و نقل هوایی در مسافت های طولانی کمک کنند. آنها سوخت های کربن خنثی هستند زیرا از انرژی خورشیدی برای تولید آنها استفاده می کنند و در طی احتراق فقط همان مقدار CO2 را آزاد می کنند که قبلاً برای تولید آنها از هوا استخراج می شد. ارزیابی چرخه عمر زنجیره تولید سوخت خورشیدی نشان می دهد که 80 درصد از انتشار گازهای گلخانه ای اجتناب می شود.

پالایشگاه چگونه کار می کند؟

این یک داستان علمی تخیلی نیست، بلکه بر اساس ترمودینامیک خالص است. پالایشگاه خورشیدی شامل سه واحد تبدیل ترموشیمیایی است که به صورت سری یکپارچه شده اند. اول، واحد جذب مستقیم هوا، که CO2 و H2O را مستقیماً از هوای محیط استخراج می کند. دوم، واحد ردوکس خورشیدی، که CO2 و H2O را به مخلوط خاصی از CO و H2 به نام گاز سنتز تبدیل می کند، و سوم، واحد سنتز گاز-مایع، که در نهایت گاز سنتز شده را به مایعات هیدروکربنی تبدیل می کند. به عنوان مثال، در طول یک روز مسابقه، میزان گاز مصنوعی تولید شده حدود 100 لیتر است که می توان آن را به حدود نیم دسی لیتر متانول خالص تبدیل کرد. چندین جزء در خط تولید هنوز بهینه نشده اند که مرحله بعدی است.

دانشمندان انتخاب کاملی را برای تقسیم H2O به H2، O2 و CO2 به CO و O2 به دست آوردند، به این معنی که هیچ محصول جانبی ناخواسته ای از واکنش های ترموشیمیایی وجود نداشت. آنها همچنین توانستند ترکیب گاز سنتز را برای سنتز متانول یا نفت سفید تنظیم کنند. با این حال، بهره وری انرژی هنوز بسیار پایین بود. تا به امروز، بالاترین راندمان اندازه گیری شده برای یک راکتور خورشیدی 5.6٪ است. اگرچه این یک رکورد جهانی برای توزیع حرارتی خورشیدی است، اما کافی نیست. بازیابی حرارت بین مراحل ردوکس چرخه ترموشیمیایی ضروری است زیرا می تواند راندمان راکتور خورشیدی را بیش از 20 درصد افزایش دهد. علاوه بر این، می توان ساختار مواد ردوکس را بهینه کرد، برای مثال با استفاده از ساختارهایی که در چاپ سه بعدی چیده شده اند تا انتقال گرما و جرم را بهبود بخشند.

انرژی مورد نیاز برای هر مول CO2 جذب شده تقریباً 15 کیلوژول کار مکانیکی برای پمپ خلاء و 500 تا 600 کیلوژول گرما در دمای 95 درجه سانتیگراد بسته به رطوبت نسبی هوا است. در اصل، گرمای دفع شده را می توان برای هدایت واحد جذب مستقیم هوا استفاده کرد. اما گرمای زیادی با دمای بالا برای جداسازی H2O و CO2 مورد نیاز است و این توسط انرژی متمرکز خورشیدی تامین می شود. میدان هلیوستات را می توان با تمرکز بر یک برج خورشیدی برای افزایش مقیاس استفاده کرد. مینی پالایشگاه فعلی از یک راکتور خورشیدی 5 کیلوواتی استفاده می کند، و اگرچه مقیاس 10 برابری راکتور خورشیدی قبلاً در یک برج خورشیدی آزمایش شده است، هنوز مقیاس 20x اضافی برای یک ماژول راکتور خورشیدی 1 مگاواتی مورد نیاز است. این برج خورشیدی مجموعه‌ای از ماژول‌های راکتور خورشیدی را در نظر می‌گیرد و می‌تواند از یک زیرساخت خورشیدی متمرکز که قبلاً برای نیروگاه‌های حرارتی تجاری ساخته شده است استفاده کند.

Aldo Steinfeld و همکاران قبلا دو محصول Climeworks، CO2 از هوا، و Synhelion، CO2 را به بازار عرضه کرده اند. تجزیه و تحلیل این گروه از ابزارهای سیاست نشان می دهد که نیاز به حمایت مالی به اندازه انرژی خورشیدی و بادی وجود دارد. ساخت و بهره برداری هر دو تقریبا ده برابر گرانتر از سوخت های فسیلی بود. مقایسه با سایر فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر نشان می‌دهد که با یک مکانیسم پشتیبان مشابه، هزینه نفت سفید خورشیدی را می‌توان به هزینه فعلی سوخت‌های فسیلی هوانوردی کاهش داد.

بزرگترین موانع چیست؟

سخت ترین قسمت قیمت اولیه بالا است. اگر کسی بخواهد از سوخت های فسیلی برای حمل و نقل هوایی مالیات بگیرد تا جایی که برای خطوط هوایی به اندازه سوخت خورشیدی هزینه داشته باشد، به این معنی است که این سوخت ده برابر افزایش می یابد. هیچ کس نمی خواهد این هزینه اضافی را برای دزدی بپردازد و سیاستمداران حاضر نیستند این بار را به مردم تحمیل کنند. به گفته آنتونی پت، بهترین ابزار برای بازار سوخت، سیستم سهمیه بندی است. خطوط هوایی و فرودگاه‌ها باید حداقل سهمی از سوخت‌های تجدیدپذیر در کل سوختی که در هواپیماهای خود می‌گذارند داشته باشند. افزایش سهمیه ها منجر به سرمایه گذاری می شود و به نوبه خود هزینه ها را کاهش می دهد، همانطور که در مورد بادی و خورشیدی دیده ایم. وقتی سوخت های خورشیدی به 10 تا 15 درصد حجم سوخت خود می رسند، هزینه های آنها باید نزدیک به نفت سفید فسیلی باشد. این استراتژی از نظر سیاسی امکان پذیر است و اجرای آن آسان است.

کدام مکان ها برای تاسیسات تولید بزرگ مناسب هستند؟

یک راکتور خورشیدی به نور مستقیم خورشید نیاز دارد و ساخت آن در محیط های خشک مانند جنوب اسپانیا، شمال آفریقا، شبه جزیره عربستان، استرالیا، جنوب غربی آمریکا، صحرای گوبی در چین یا صحرای آتاکاما در شیلی منطقی است. سوخت های خورشیدی، یک محصول جهانی، برای حمل و نقل و تحویل به همان زیرساخت های اساسی متکی خواهند بود.

آلدو استاینفلد معتقد است مکان های مناسب مناطقی هستند که نور مستقیم خورشید بیش از 2000 کیلووات ساعت بر متر مربع در سال باشد. برخلاف سوخت‌های زیستی که با عرضه منابع محدود می‌شوند، تقاضای جهانی برای سوخت جت را می‌توان با استفاده از کمتر از یک درصد از زمین‌های خشک دنیا برآورده کرد. به عنوان مثال، مصرف جهانی نفت سفید هواپیمایی در سال 2019، 414 میلیارد لیتر بوده است. کل مساحت مورد نیاز برای ساخت نیروگاه های خورشیدی برای پاسخگویی کامل به تقاضای جهانی حدود 45000 کیلومتر مربع یا 0.5 درصد از مساحت بیابان خواهد بود.

ادامه مطلب

گزارش مهران محمدپور

ICTNN/