Éxito del primer reactor solar térmico que funciona de noche

CONTISOL, el primer reactor solar térmico que produce hidrógeno y funciona de día o de noche, ya que usa energía solar concentrada que almacena energía térmica, ha sido probado con éxito.

La promesa de los combustibles solares es que podríamos tener combustibles de carbono cero como el hidrógeno, sin las emisiones de carbono perjudiciales para el clima que se necesitan para producir hidrógeno a partir del gas natural hoy en día, por lo que perfeccionar los reactores solares es clave para un futuro 100% de energía limpia.

Éxito del primer reactor solar térmico que funciona de noche

En lugar de quemar un combustible fósil para el calor necesario para conducir el proceso de química térmica, para reacciones químicas como la separación de H2 (hidrógeno) de H2O, los científicos han estado probando varios tipos de reactores calentados por la forma térmica de energía solar (CSP), que utiliza espejos para concentrar el flujo solar en un receptor.

Para obtener calor cero en carbono para las reacciones termoquímicas, que pueden operar a temperaturas de hasta 1.500 C, los expertos consideran que el calor directo de CSP es una fuente de energía limpia más eficiente que la electricidad fotovoltacia o de viento. Habrá un suministro ilimitado de luz solar durante siglos, y no habrá consecuencias climáticas cuando la termoquímica sea impulsada por energía solar. La única desventaja en comparación con la quema de energía fósil es que el sol se pone por la noche.

Ahora, un grupo de científicos en el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) respaldado por el Laboratorio de Tecnología de Aerosol y Partículas de CPERI / CERTH Grecia han construido y probado un nuevo diseño de reactor solar que incluye almacenamiento para que pueda proporcionar calor las 24 horas el método actual de combustión fósil, pero sin las emisiones.

Lapp explicó que cuando la temperatura baje, la reacción podría necesitar detenerse o el caudal de los reactivos disminuiría, reduciendo la cantidad de productos que se extraen.

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Su trabajo se ha publicado en Applied Thermal Engineering.

"Los reactores solares en el pasado han tenido el problema de lo que haces por la noche cuando no tienes sol, o incluso cuando pasan las nubes", dijo en un comunicado el autor principal del artículo, Justin Lapp, ex miembro de DLR, y ahora profesor asistente de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Maine.

Lapp explicó que cuando la temperatura baje, la reacción podría necesitar detenerse o el caudal de los reactivos disminuiría, reduciendo la cantidad de productos que se extraen. Si el reactor se apaga por la noche, se enfría, no solo desperdiciando el calor residual, sino que comienza a partir de la nada a la mañana siguiente.

¿Cómo funciona?

"Entonces la idea principal de CONTISOL era construir dos reactores juntos", dijo. "Uno donde la luz solar está directamente haciendo procesamiento químico. El otro lado para almacenar energía. En los canales químicos, las altas temperaturas del material impulsan la reacción química y obtienes un cambio de reactivos a productos dentro de esos canales, y en los canales de aire se enfría el aire va por delante y sale aire caliente por la parte de atrás ".

Al combinar capacidades de almacenamiento con un reactor termoquímico solar directo, obtienen lo mejor de ambos mundos, temperaturas estables durante todo el día, pero también la fuente de calor más eficiente para realizar reacciones porque es directo, por lo que "no tiene tantas pérdidas con múltiples pasos entre la luz del sol y la química que está sucediendo".

CONTISOL utiliza un receptor al aire libre, basado en el receptor de aire volumétrico operado en su torre solar de prueba en Julich (Alemania) por DLR, que puede calentar el aire a 1.100 C. Allí un receptor al aire libre toma aire del atmósfera y la atraviesa a través de pequeños canales en un material monolítico.

"El nuestro es un receptor de aire volumétrico como este", dijo Lapp. "El centro es un monolito extruido, un cilindro grande con muchos canales rectangulares más pequeños. Cada otra fila de canales se usa para química o para pasar aire a través del monolito. Estos canales están abiertos al frente para permitir que la luz solar entre y caliente este material monolítico ".

La prueba original usó carburo de silicio para el receptor multicanal, pero los científicos planean probar Inconel, una aleación de metal más dura para el receptor. "El carburo de silicio es un poco difícil de fabricar porque no se puede mecanizar tan bien como un metal. Conseguir tolerancias muy ajustadas puede ser difícil. No es demasiado caro, pero no es el material más fácil para trabajar en la fabricación", relató. .

Las temperaturas entre 800-900 C son necesarias para reorganizar el agua o las moléculas de hidrocarburos en la mayoría de los combustibles solares, por lo que ese era el objetivo de la temperatura. El reactor prototipo funcionó con éxito a 850 C a escala de laboratorio: 5kW. CONTISOL se probó en Colonia (Alemania) utilizando "soles" simulados, en lugar de un campo solar real, y también se simuló el almacenamiento y el intercambiador de calor, ya que el reactor en sí es la innovación.

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