تغییردهنده بازی انرژی: رونمایی از رآکتور سبز با بازدهی ۸۵٪ که با برق کار می‌کند
قبلاً ثابت شده است که سوخت‌های فسیلی اصلی‌ترین عوامل گرمایش جهانی هستند که بیش از ۷۵ درصد از انتشارات گازهای گلخانه‌ای و نزدیک به ۹۰ درصد از انتشارات دی‌اکسید کربن را تشکیل می‌دهند.
این منجر به تغییرات سریع آب و هوایی شده است که زمین از آن رنج می‌برد. بنابراین، دانشمندان در حال توسعه جایگزین‌هایی برای سوخت‌های فسیلی به منظور کاهش انتشارات هستند.
در یک توسعه جدید، پژوهشگران از دانشکده مهندسی استنفورد، نوع جدیدی از رآکتور ترموشیمیایی برای مصارف صنعتی طراحی کرده‌اند که به جای سوخت‌های فسیلی از برق استفاده می‌کند.
رآکتور ترموشیمیایی سبزتر برای فرآیندهای صنعتی
دانشمندان رآکتور ترموشیمیایی مجهز به القای مغناطیسی را طراحی کرده‌اند که سطوح بالای حرارت لازم برای فرآیندهای صنعتی را تولید می‌کند.
رآکتور ترموشیمیایی با برق کار می‌کند و باعث می‌شود سیستم پایدارتری باشد.
علاوه بر این، این رآکتور کوچکتر، ارزان‌تر و کارآمدتر از فناوری‌های سوختی سنتی است.
جاناتان فن، استاد مهندسی برق دانشگاه استنفورد و نویسنده ارشد مقاله گفت که تیم او زیرساخت رآکتور قابل برق‌رسانی و قابل گسترشی برای فرآیندهای ترموشیمیایی توسعه داده‌اند که ویژگی‌های ایده‌آل گرمایش و انتقال حرارت را دارد.
“اساساً، ما عملکرد رآکتور را به حداکثر فیزیکی خود می‌رسانیم و از برق سبز برای تأمین آن استفاده می‌کنیم.”
رآکتورهای بشکه‌ای نه تنها انتشارات بالایی دارند بلکه به زیرساخت‌های نسبتاً بزرگی نیاز دارند و احتمال از دست دادن حرارت در فرآیند گرمایش مثل بویلرها را دارند.
مشابه یک اجاق القایی، رآکتور ترموشیمی جدید از القای مغناطیسی برای تولید حرارت درون خود رآکتور استفاده می‌کند. این گامی برای انتقال حرارت از طریق لوله‌ها حذف کرده و از دست دادن انرژی را کاهش می‌دهد.
به عنوان مثال، پژوهشگران در بیانیه‌ای رسمی توضیح دادند که یک میله فولادی را القائاً گرم کنید. “برای مثال، می‌توانید سیمی دور آن بپیچید و جریان متناوبی از طریق کویل به آن بفرستید.”
میدان مغناطیسی نوسانی جریانی در فولاد القا می‌کند که یک رسانا کامل نیست. بنابراین، جریان در کل قطعه فولادی حرارت تولید می‌کند به جای اینکه فقط سطح را گرم کند.
انتقال حرارت کارآمد به صورت مستقیم به کاتالیست‌ها
به طور ساده، جریان‌های با فرکانس بالا و مواد که رسانای برق نیستند به واقع انتقال حرارت کارآمد را مستقیم به کاتالیست‌هایی که واکنش‌های شیمیایی را تحریک می‌کنند، ممکن می‌سازند.
خوان ریواس-داویلا، استاد مهندسی برق و یکی از نویسندگان مقاله، الکترونیک با بازده بالا را برای تولید جریان‌های مورد نیاز در رآکتور طراحی کرده است.
این جریان‌ها برای القای حرارت به یک شبکه سه بعدی از جنس ماده سرامیکی که رسانای ضعیفی است، در هسته رآکتور طبق بیانیه به کار گرفته شدند.
فن گفت که ساختار شبکه به اندازه ماده اهمیت دارد زیرا خلأهای شبکه‌ای به طور مصنوعی هدایت الکتریکی را بیشتر کاهش می‌دهند.
“و این خلأها می‌توانند با کاتالیست‌ها پر شوند – موادی که باید به دمای بالا رسیده تا واکنش‌های شیمیایی آغاز شوند.”
این امکان انتقال حرارت کارآمدتر را فراهم می‌کند در حالی که اندازه ساختار رآکتور ترموشیمی را کوچکتر نگه می‌دارد.
“شما یک ساختار سطح بزرگ را گرم می‌کنید که دقیقا در کنار کاتالیست قرار دارد، بنابراین حرارتی که تولید می‌کنید خیلی سریع به کاتالیست می‌رسد تا واکنش‌های شیمیایی را تحریک کند.” فن می‌گوید.
“علاوه بر این، همه چیز را ساده می‌کند. شما حرارت را از جای دیگری انتقال نمی‌دهید و در بین راه مقداری از آن را از دست نمی‌دهید، هیچ لوله‌ای هم داخل و خارج رآکتور نمی‌رود – شما می‌توانید آن را به طور کامل عایق کنید. این از نظر مدیریت انرژی و هزینه ایده‌آل است.”
پژوهشگران بازدهی رآکتور را با موفقیت نشان داده‌اند و در حال کار بر روی گسترش آن و بررسی کاربردهای آن در صنایع مختلف از جمله جذب کربن و تولید سیمان هستند.
پژوهشگران از این رآکتور برای اجرای یک فرآیند شیمیایی با حرارت بالا به نام واکنش جابجایی معکوس آب-گاز، با استفاده از یک کاتالیست پایدار از متیو کانان در استنفورد استفاده کردند. این واکنش CO₂ جذب‌شده را به گاز ارزنده برای سوخت‌های پایدار تبدیل می‌کند.
در یک آزمایش اثبات مفهوم، رآکتور بیش از ۸۵٪ بازدهی داشت و تقریباً تمام انرژی الکتریکی را به حرارت قابل استفاده تبدیل کرد و واکنش را با سرعت مورد انتظار تسهیل کرد، طبق بیانیه مطبوعاتی .
این مطالعه در ۱۹ آگوست ۲۰۲۴ در ژورنال Joule منتشر شده است.
