Menu

Instal·lació d'energia solar tèrmica

Planta d'energia solar
termoelèctrica

Generació de combustible solar

Generació de combustible solar

La generació de combustible a través de l'energia solar és una tècnica basada en generar reaccions químiques utilitzant la radiació solar. Aquests processos químics permeten generar energia que d'altra manera provindria d'una font de combustible fòssil o de l'energia nuclear.

Un gran avantatge de la generació de combustibles solars és que es pot transportar i emmagatzemar amb facilitat. No obstant això, afegir un pas en la generació de l'energia elèctrica (la generació de combustible) implica una reducció de l'eficiència: afegir un pas addicional entre l'emmagatzematge d'energia i la producció d'electricitat disminueix dràsticament l'eficiència del procés general.

Tipus de reaccions químiques solars

Les reaccions químiques induïdes pel Sol es poden dividir en reaccions termoquímiques o en reaccions fotoquímiques. Una fotosíntesi artificial pot produir una varietat de combustibles.

Una reacció termoquímica és una reacció química en la qual s'experimenta una transformació termodinàmica. En altres paraules, és una reacció que genera o absorbeix energia tèrmica.

Les reaccions fotoquímiques generen interaccions entre els àtoms, les molècules petites i la llum. El la fotoquímica ha dos lleis físiques molt importants La primera llei de la fotoquímica diu estableix que la llum ha de ser absorbida per una substància química perquè doni lloc a una reacció fotoquímica. La segona llei de la fotoquímica estableix que, per a cada fotó de llum absorbit per un sistema químic, solament una molècula és activada per a una reacció fotoquímica.

Química solar

Què és la química solar? La química solar es refereix a una sèrie de possibles processos que aprofiten l'energia solar en absorbir la llum solar en una reacció química. La idea és conceptualment similar a la fotosíntesi en les plantes, que converteix l'energia solar en els enllaços químics de les molècules de glucosa, però sense usar organismes vius, és per això que també se l'anomena fotosíntesi artificial.

Un enfocament prometedor és utilitzar la llum solar enfocada per proporcionar l'energia necessària per separar l'hidrogen i l'oxigen de l'aigua en presència d'un catalitzador metàl·lic com el zinc. Aquest procés normalment es realitza en dos passos perquè l'hidrogen i l'oxigen no es produeixin en la mateixa càmera, per evitar un risc d'explosió.

Un altre enfocament consisteix a prendre l'hidrogen creat en aquest procés i combinar-ho amb diòxid de carboni per crear metà. El benefici d'aquest enfocament és que hi ha una infraestructura establerta per transportar i cremar metà per a la generació d'energia, el que no és cert per a l'hidrogen.

El principal inconvenient d'aquests dos enfocaments és comú a la majoria dels mètodes d'emmagatzematge d'energia: afegir un pas addicional entre l'emmagatzematge d'energia i la producció d'electricitat disminueix dràsticament l'eficiència del procés general.

Fotosíntesi artificial

La fotosíntesi artificial és un procés químic que imita el procés natural de la fotosíntesi, que converteix la llum del sol, aigua i diòxid de carboni en hidrats de carboni i oxigen. El terme generalment es refereix a qualsevol sistema per capturar i emmagatzemar l'energia de la llum solar en els enllaços químics d'un combustible (combustible solar). La dissociació fotocatalítica de l'aigua converteix l'aigua en protons (i finalment en hidrogen) i oxigen i és una de les principals àrees d'investigació en la fotosíntesi artificial. La reducció fotoquímica del diòxid de carboni és un altre procés en estudi i reprodueix la fixació natural del carboni.

La investigació desenvolupada en aquest camp inclou el disseny i la construcció de dispositius (i els seus components) per a la producció directa de combustibles solars, la química fotoelèctrica i les seves aplicacions en cel·les de combustible i l'enginyeria d'enzims i microorganismes fotoautotróficos per Els biocombustibles microbians i la producció de biohidrogen a partir de la llum solar. Moltes, si no la majoria, de les línies d'investigació estan inspirades en el món biològic, és a dir, es basen en biomimètics.

Perspectives de futur del combustible solar

Un dels reptes actuals és el desenvolupament de la química catalítica multielectrónica involucrada en la fabricació de combustibles a base de carboni (com el metanol) a partir de la reducció del diòxid de carboni. Una alternativa viable és l'hidrogen. La producció de protons, encara que l'ús de l'aigua com a font d'electrons (com ho fan les plantes en la fotosíntesi) requereix dominar l'oxidació multielectrón de dues molècules d'aigua a oxigen molecular.

En determinats sectors, es preveu treballar amb plantes de combustible solar en àrees costaneres metropolitanes per a l'any 2050: la separació de l'aigua de mar que subministra hidrogen a través de les plantes d'energia elèctrica de cel·les de combustible adjacents i el subproducte d'aigua pura que ingressa directament al sistema d'aigua municipal. Una altra visió involucra a totes les estructures humanes que cobreixen la superfície de la terra (és a dir, carreteres, vehicles i edificis) fent la fotosíntesi d'una manera fins i tot més eficientment que les plantes.

Les tecnologies de producció d'hidrogen han estat una àrea important de la investigació química solar des de la dècada de 1970. A part de l'electròlisi impulsada per cèl·lules fotovoltaiques o fotoquímiques, també s'han explorat diversos processos termoquímics. Una d'aquestes rutes utilitza concentradors per separar l'aigua en oxigen i hidrogen a altes temperatures (2,300-2,600 ° C o 4,200-4,700 ° F).

Un altre enfocament utilitza la calor dels concentradors solars per impulsar la reformació amb vapor del gas natural, la qual cosa augmenta el rendiment global d'hidrogen en comparació amb els mètodes de reformat convencionals. Els cicles termoquímics caracteritzats per la descomposició i regeneració dels reactius presenten una altra via per a la producció d'hidrogen. El procés de Solzinc en desenvolupament a l'Institut de Ciències Weizmann utilitza un forn solar d'1 MW per descompondre l'òxid de zinc (ZnO) a temperatures superiors a 1.200 ° C (2.200 ° F). Aquesta reacció inicial produeix zinc pur, que posteriorment pot reaccionar amb aigua per produir hidrogen.

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 15 de maig de 2019