تجارب جديدة لانتاج الهيدروجين الشمسي على نطاق تجاري

 كتبت : حبيبة جمال

قدمت شركة   LRESE-spinoff SoHHytec SA عرض توضيحي جديد لإمكانية انتاج الهيدروجين الشمسي باستخدام اطباق تشبه  القمر الصناعي أو غيرها من معدات الاتصالات السلكية واللاسلكية   .الميزة الفريدة لهذا الطبق هو أنه يعمل مثل شجرة اصطناعية. يستخدم المفاعل الموجود أعلى الطبق ضوء الشمس المركّز حوالي 1000 مرة لتحويل الماء إلى هيدروجين وأكسجين وحرارة مفيدة ومستدامة.

هذا هو أول عرض توضيحي على مستوى النظام لتوليد الهيدروجين الشمسي. على عكس العروض التوضيحية النموذجية للمختبر ، فهي تشمل جميع الأجهزة والمكونات المساعدة ، لذلك فهي تعطي فكرة أفضل عن كفاءة الطاقة التي يمكنك توقعها بمجرد التفكير في النظام الكامل ، وليس فقط الجهاز نفسه.

قالت صوفيا هوسنر ، رئيس مختبر علوم وهندسة الطاقة المتجددة ، كلية الهندسة ، مدرسة الفنون التطبيقية في لوزان “مع قدرة خرج تزيد عن 2 كيلوواط ، قمنا بتكسير سقف 1 كيلووات لمفاعلنا التجريبي مع الحفاظ على كفاءة قياسية عالية لهذا النطاق الكبير. يمثل معدل إنتاج الهيدروجين الذي تم تحقيقه في هذا العمل خطوة مشجعة حقًا نحو التطبيق التجاري لهذه التكنولوجيا “.

يتوسع البحث في العمل السابق الذي استخدم المحاكي الشمسي عالي التدفق لمختبر علوم الطاقة المتجددة والهندسة لإثبات الفكرة على نطاق صغير وتم نشره في مجلة Nature Energy في عام 2019. وقد نشر الفريق منذ ذلك الحين نتائج عمله الفعال والمتعدد -نهج المنتج الذي تم توسيع نطاقه في ظل ظروف العالم الحقيقي في نفس المجلة.

نفايات

التمثيل الضوئي الاصطناعي هو عملية إنتاج الهيدروجين من الماء باستخدام الطاقة الشمسية ، لكن نظام LRESE فريد من نوعه لأنه يمكنه أيضًا توليد الحرارة والأكسجين على نطاق واسع.

بعد تركيز أشعة الشمس في الطبق ، يتم ضخ الماء إلى منطقة التركيز الخاصة به ، والتي تضم مفاعلًا كهروكيميائيًا متكاملًا. تستخدم الخلايا الكهروكيميائية الضوئية في هذا المفاعل الطاقة الشمسية للمحلل الكهربائي أو تقسم جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين.

يتم إنشاء الحرارة ، ولكن بدلاً من تفريغها وخسارتها  في النظام ، يتم نقلها عبر مبادل حراري ويتم التقاطها – على سبيل المثال ، للتدفئة المحيطة.

يتم جمع جزيئات الأكسجين الناتجة عن تفاعل التحليل الكهربائي الضوئي واستخدامها بالإضافة إلى مخرجات النظام الرئيسية من الهيدروجين والحرارة.

صرحت هوسنر  : “غالبًا ما يُنظر إلى الأكسجين على أنه نفايات ، ولكن في هذه الحالة ، يمكن أيضًا استخدامه – على سبيل المثال للتطبيقات الطبية”.

الطاقة الصناعية والسكنية

تقوم شركة LRESE-spinoff SoHHytec SA بالفعل بتنفيذ وتسويق النظام المناسب للتطبيقات الصناعية والتجارية والسكنية.

تتعاون شركة EPFL الناشئة مع منشأة تصنيع المعادن السويسرية لبناء مصنع تجريبي بقدرة 100 كيلو وات لتوفير الحرارة لاحتياجات المصنع من الماء الساخن ، والأكسجين للمستشفيات المحلية ، والهيدروجين لعمليات التلدين المعدنية.

من خلال العرض التجريبي في EPFL ، تم تحقيق  إنجازًا رئيسيًا من خلال إظهار كفاءة غير مسبوقة في كثافات طاقة الإخراج العالية. نحن الآن بصدد توسيع نطاق نظام في إعداد يشبه الحديقة الاصطناعية ، حيث يتم نشر كل من هذه “الأشجار الاصطناعية” بطريقة معيارية.

يمكن استخدام هذه التقنية لتوفير الماء الساخن والتدفئة المركزية للممتلكات السكنية والتجارية وخلايا وقود الهيدروجين.

يمكن لنظام الحرم الجامعي EPFL تلبية ما يصل إلى نصف الطلب على الكهرباء وأكثر من نصف الطلب الحراري السنوي لأسرة سويسرية نموذجية مكونة من أربعة أفراد عند مستوى إنتاج يبلغ حوالي نصف كيلوغرام من الهيدروجين الشمسي يوميًا ، أو طاقة حوالي 1.5 خلية وقود هيدروجين المركبات التي تسافر بمتوسط مسافة سنوية.

تبحث هوسنر بالفعل عن إمكانيات تقنية جديدة من خلال تقنية التمثيل الضوئي الاصطناعي الخاصة بها ، والتي تعمل جيدًا على نهجها في التوسع.

يعمل المختبر على نظام يعمل بالطاقة الشمسية على نطاق واسع من شأنه أن يقسم ثاني أكسيد الكربون بدلاً من الماء ، وينتج مواد قيمة مثل غاز التخليق للوقود السائل أو المادة الأولية للبلاستيك الأخضر ، الإيثيلين.