«Предлагаемая концепция гидроэнергетики представляет собой потенциальное прорывное решение для непрерывного и эффективного производства электроэнергии», — сказал Ракеш Агравал, Winthrop E из Университета Пердью. Стоун, заслуженный профессор Школы химической инженерии, который работал с докторантом химической инженерии Эмре Дженсером и другими исследователями. «Эта концепция дает прекрасную возможность представить и создать устойчивую экономику для удовлетворения всех потребностей человека, включая продукты питания, химикаты, транспорт, отопление и электричество."
Водород можно комбинировать с углеродом из сельскохозяйственной биомассы для производства топлива, удобрений и других продуктов.
«Если вы можете заимствовать углерод из устойчиво доступной биомассы, вы можете производить что угодно: электричество, химикаты, отопление, продукты питания и топливо», — сказал Агравал.
Результаты подробно описаны в исследовательской статье, опубликованной на этой неделе (декабрь. 14) в раннем онлайн-издании Proceedings of the National Academy of Sciences.
Hydricity использует солнечные концентраторы для фокусировки солнечного света, получения высоких температур и перегрева воды для работы ряда паровых турбин и реакторов, вырабатывающих электричество, для разделения воды на водород и кислород.
Водород будет храниться для использования в течение ночи для перегрева воды и запуска паровых турбин, или он может использоваться для других целей, производя нулевые выбросы парниковых газов.
«Традиционно производство электроэнергии и производство водорода изучались изолированно, и то, что мы сделали, — это синергетическая интеграция этих процессов, а также их улучшение», — сказал Агравал.
Статья PNAS была автором Gencer; бывший аспирант химического машиностроения Дарик С. Маллапрагада; Франсуа Марешаль, профессор и инженер-химик из Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии; Мохит Тавармалани, профессор и председатель правления Эллисон и Нэнси Шлейхер в школе менеджмента Краннерта Purdue; и Агравал.
При перегреве вода нагревается намного выше точки кипения — в данном случае от 1000 до 1300 градусов по Цельсию — производя высокотемпературный пар для работы турбин, а также для работы солнечных реакторов для разделения воды на водород и кислород.
«В круглосуточном процессе мы производим водород и электричество в дневное время, сохраняем водород и кислород, а затем, когда солнечная энергия недоступна, мы используем водород для производства электроэнергии с использованием водородно-энергетического цикла на основе турбины», — сказал Тавармалани. «Поскольку мы можем работать круглосуточно, паровые турбины работают непрерывно, а остановки и перезапуски не требуются. Кроме того, наш комбинированный процесс более эффективен, чем автономный процесс, который производит электричество, и тот, который производит и хранит водород."
Система была смоделирована с использованием моделей, но в исследовании не было экспериментального компонента.
«Общая эффективность преобразования солнечной энергии в электричество, усредненная по 24-часовому циклу, приближается к 35 процентам, что почти соответствует эффективности, достигаемой при использовании лучших фотоэлектрических элементов вместе с батареями», — сказал Дженцер. «Для сравнения, предлагаемый нами процесс сохраняет энергию термохимически более эффективно, чем традиционные системы накопления энергии, полученный совместно водород находит альтернативное применение в транспортной, химической и нефтехимической промышленности, и, в отличие от батарей, накопленная энергия не разряжается с течением времени, и носитель не ухудшается при многократном использовании."
Агравал сказал: «Эта концепция объединяет процессы, уже разработанные другими исследователями, а также улучшает существующие процессы. Дневные и ночные системы будут использовать в основном одно и то же оборудование, что позволит им плавно переключаться между собой, что представляет собой преимущество перед другими солнечными технологиями на основе батарей."