Zrównoważona produkcja wodoru na dobrej drodze do komercjalizacji
Wodór posiada duży potencjał jako źródło czystej energii, które może zrewolucjonizować dotychczasowe systemy energetyczne. Połączenie wodoru i tlenu w ogniwie paliwowym umożliwia wytwarzanie energii elektrycznej, a jedynymi produktami ubocznymi tego procesu są woda i ciepło. Niestety, wiele metod produkcji wodoru (np. z metanu) powoduje emisje, w związku z czym ich stosowanie grozi pogłębieniem istniejących problemów związanych ze zmianą klimatu. Natomiast wodór wytworzony bez tych szkodliwych emisji określany jest mianem „zielonego wodoru”. W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu HYDROSOL-beyond zespół naukowców prowadził prace będące kulminacją serii projektów ukierunkowanych na komercjalizację zrównoważonej technologii wytwarzania czystego wodoru. Ich zadaniem było udoskonalenie technologii, nad którą pracowano przez ostatnie 20 lat. Jest to innowacyjna instalacja do wytwarzania zielonego wodoru przy udziale energii słonecznej. „Technologia ta wykorzystuje skoncentrowaną energię słoneczną skierowaną na reaktor, co pozwala osiągnąć wysokie temperatury wymagane do przeprowadzania termochemicznych reakcji redoks polegających na rozszczepieniu wody i produkcji wodoru z wykorzystaniem energii słonecznej”, wyjaśnia Souzana Lorentzou, inżynier chemii z greckiego Centrum Badań i Technologii Hellas (CERTH). Jak dodaje Lorentzou, jest to sposób umożliwiający magazynowanie energii słonecznej w nośniku energii, który może być wykorzystywany zawsze i wszędzie tam, gdzie jest potrzebny, i który oferuje niezależność od okresowych czy lokalnych ograniczeń energii słonecznej.
Określenie wyzwań i testowanie nowych rozwiązań
Technologia ta została zastosowana w elektrowni słonecznej, składającej się z pola heliostatów i wieży słonecznej – podobnej do elektrowni wykorzystujących skoncentrowaną energię słoneczną do wytwarzania energii elektrycznej. Na wieży umieszczony jest reaktor słoneczny, na którego aperturze skupiane są promienie słoneczne kierowane tam przez heliostaty. Dalszą koncentrację promieniowania słonecznego uzyskuje się dzięki zastosowaniu drugiego koncentratora znajdującego się przy aperturze reaktora, co zmniejsza ryzyko wycieku przy wejściu do reaktora. W ramach projektu HYDROSOL-beyond zespół określił, które wyzwania związane z działaniem systemu wymagają nowych rozwiązań. Wśród najważniejszych kwestii problematycznych znalazła się minimalizacja gazów obojętnych, odzysk ciepła odpadowego i produkcja wodoru ze sprawnością powyżej 5 % w badaniach terenowych. Następnie zespół skupił się na opracowywaniu nowych koncepcji integracji technologii z istniejącą platformą słoneczną i przeprowadzaniu doświadczeń z wykorzystaniem energii słonecznej w hiszpańskim ośrodku Plataforma Solar de Almería.
Zwiększenie zdolności produkcji zielonego wodoru
Zespół stworzył i przetestował w skali laboratoryjnej nowe struktury sieciowe zredukowanych tlenków metali wykorzystywanych do rozszczepiania wody i wychwytywania tlenu. „Struktury te wykazały długoterminową stabilność, utrzymując wydajność produkcji wodoru nawet po ponad 1 100 cyklach”, mówi Lorentzou. Również w skali laboratoryjnej wykazano, że innowacyjna koncepcja wychwytywania tlenu skutecznie zmniejszyła zużycie gazu obojętnego. W końcowej fazie projektu do listy osiągnięć dopisano zwiększenie skali innowacyjnego hybrydowego ceramiczno-metalowego wymiennika ciepła i połączenie go z platformą odzysku ciepła. Aby zapewnić bezpieczne i wydajne działanie systemu, dokonano także napraw i ulepszeń zarówno reaktorów, jak i układów optycznych.
Lepsze wykorzystanie energii słonecznej
Dzięki pracom wykonanym w ramach projektu zespół mógł lepiej zrozumieć aspekty operacyjne związane z procesami zachodzącymi w wieży słonecznej, a także określić mocne i słabe strony rozwiązania. Jednak wydajność produkcji wodoru z energii słonecznej w różnych koncepcjach reaktorów testowanych w rzeczywistych warunkach nie była zadowalająca pod względem wykonalności technicznej ani opłacalności. „Chociaż procesy termochemiczne wykorzystujące energię słoneczną teoretycznie są obiecujące, zanim ich wdrożenie na dużą skalę będzie możliwe, trzeba pokonać istotne wyzwania natury technicznej i ekonomicznej”, zauważa Lorentzou. Jednak, jak dodaje uczona, postępy osiągnięte dzięki realizacji projektu HYDROSOL-beyond, pokazujące ogromny potencjał tkwiący w słonecznych technologiach termochemicznych, otwierają przed Europą nowe możliwości, zapewniające jej przewagę konkurencyjną w dziedzinie wysokotemperaturowych technologii słonecznych.
Słowa kluczowe
HYDROSOL-beyond, słoneczna, energia, zielony wodór, reakcje, termochemiczne
