Registrer solbrintproduktion med koncentreret sollys

Brint vil spille en nøglerolle i at reducere vores afhængighed af fossile brændstoffer. Det kan produceres bæredygtigt ved at bruge solenergi til at spalte vandmolekyler. Den resulterende rene energi kan lagres, bruges til at brænde biler eller omdannes til elektricitet efter behov. Men at gøre det pålideligt i stor skala og til en overkommelig pris er en udfordring for forskere. Effektiv solbrintproduktion kræver sjældne og dyre materialer - til både solcellerne og katalysatoren - for at indsamle energi og derefter omdanne den.

Forskere ved EPFL's Laboratory of Renewable Energy Science and Engineering (LRESE) kom op med ideen om at koncentrere solbestråling for at producere en større mængde brint over et givet område til en lavere pris. De udviklede et forbedret foto-elektrokemisk system, der, når det bruges i forbindelse med koncentreret solbestråling og smart termisk styring, kan omdanne solenergi til brint med en konverteringsrate på 17 % og hidtil uset strøm- og strømtæthed. Hvad mere er, deres teknologi er stabil og kan håndtere den stokastiske dynamik af daglig solbestråling.

Resultaterne af deres forskning er netop blevet offentliggjort i Naturenergi . "I vores enhed, et tyndt lag vand løber over en solcelle for at afkøle den. Systemtemperaturen forbliver relativt lav, giver solcellen mulighed for at levere bedre ydeevne, " siger Saurabh Tembhurne, medforfatter til undersøgelsen. "På samme tid, varmen, der udvindes af vandet, overføres til katalysatorer, derved forbedrer den kemiske reaktion og øger brintproduktionshastigheden, " tilføjer Fredy Nandjou, en forsker ved LRESE. Brintproduktionen optimeres derfor på hvert trin i konverteringsprocessen.

Forskerne brugte LRESEs unikke solsimulator til at demonstrere deres enheds stabile ydeevne. Resultaterne fra demonstrationerne i laboratorieskala var så lovende, at enheden er blevet opskaleret og nu testes udendørs, på EPFLs campus i Lausanne. Forskerholdet installerede et parabolsk spejl med en diameter på 7 meter, der koncentrerer solbestråling med en faktor 1, 000 og driver enheden. De første test er i gang.

Brintstationer

Forskerne vurderer, at deres system kan køre i over 30, 000 timer – eller næsten fire år – uden udskiftning af dele, og op til 20 år, hvis nogle dele udskiftes hvert fjerde år. Deres solkoncentrator drejer og følger solen hen over himlen for at maksimere dens udbytte. Sophia Haussener, lederen af ​​LRESE og projektlederen, forklarer:"I solrigt vejr, vores system kan generere op til 1 kg brint om dagen, hvilket er nok brændstof til, at en brintdrevet bil kan køre 100 til 150 kilometer."

For distribueret, brintproduktion i stor skala, flere koncentratorsystemer kunne bruges sammen til at producere brint på kemiske anlæg eller til brintstationer. Tembhurne og Haussener planlægger at tage deres teknologi fra laboratoriet til industrien med et spin-off firma kaldet SoHHytec.

Open source software

Takket være en åben grænseflade, det vil være muligt at overvåge systemets øjeblikkelige ydeevne.

Som en del af deres forskning, forskerne udførte også en teknologisk og økonomisk gennemførlighedsundersøgelse og udviklede et open source softwareprogram kaldet SPECDO (Solar PhotoElectroChemical Device Optimization, http://specdo.epfl.ch). Dette program kan hjælpe ingeniører med at designe komponenter til billige fotoelektrokemiske systemer til fremstilling af solbrint. Derudover de leverede et dynamisk benchmarkingværktøj kaldet SPECDC (Solar PhotoElectroChemical Device Comparison), til sammenligning og vurdering af alle fotoelektrokemiske systemdemonstrationer.