211service.com
Een oplossing voor intermitterende zonne-energie
Bij het verbranden van aardgas komt ongeveer de helft minder koolstofdioxide vrij dan bij het verbranden van steenkool, maar het produceert nog steeds grote hoeveelheden broeikasgas in de atmosfeer. Een nieuw apparaat dat in het Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) wordt ontwikkeld, zou die uitstoot met 20 procent kunnen verminderen door warmte van de zon te gebruiken om aardgas om te zetten in een alternatieve brandstof, syngas genaamd, een brandstof met een lager koolstofgehalte.
Zonnebrandstof: Een parabolische schotel concentreert zonlicht in een prototype apparaat dat kan worden gebruikt om aardgas op te waarderen.
Het proces vermijdt het intermitterende probleem van zonnepanelen, waarvan het rendement afhankelijk is van het weer en het tijdstip van de dag. De brandstof die door het nieuwe apparaat wordt geproduceerd, kan worden opgeslagen en gebruikt wanneer dat nodig is om een constante stroomtoevoer te genereren.
Het doel van de onderzoekers is om met het apparaat elektriciteit te produceren tegen zes cent per kilowattuur elektriciteit, wat concurrerend is met fossiele brandstoffen.
Het apparaat gebruikt een parabolische schotel om het licht van de zon te concentreren en warmte te produceren. Die warmte levert de energie die nodig is om methaan om te zetten in syngas, een mengsel van koolmonoxide en waterstof. Water wordt verwarmd om stoom te produceren, die vervolgens wordt gebruikt in een proces dat stoomreforming wordt genoemd en dat wordt gebruikt bij olieraffinage en andere industriële processen. Tijdens stoomreforming reageert stoom met methaan, het hoofdbestanddeel van aardgas, om syngas te vormen.
Syngas kan in aardgascentrales worden verbrand om elektriciteit op te wekken. Het syngas kan ook worden verwerkt om vloeibare brandstoffen zoals diesel te maken - het is gemakkelijker om syngas om te zetten in vloeibare brandstof dan om methaan om te zetten. Dit kan handig zijn om de olie-import te verminderen, maar de voordelen van koolstofemissie zijn niet duidelijk. De onderzoekers hebben nog niet bepaald of de technologie de koolstofemissies zal verminderen in vergelijking met aardolie, deels omdat koolstofdioxide wordt uitgestoten tijdens het proces van het omzetten van syngas in vloeibare brandstof.
Hoewel het de uitstoot van kooldioxide niet volledig elimineert, is het dichter bij praktisch dan sommige andere benaderingen van het gebruik van zonne-energie om brandstoffen te genereren, zegt James Miller , het hoofd van het Sunshine to Petrol-programma bij Sandia National Laboratory, die niet betrokken is bij het werk bij PNNL. Stoomreforming is een gevestigd proces dat geen doorbraken in katalysatoren of materialen vereist. [De PNNL]-technologie is aantrekkelijk omdat het iets is dat mogelijk op korte termijn kan worden gedaan om vooruitgang te boeken bij het verminderen van de CO2-uitstoot, zegt hij.
Daarentegen ontwikkelt Miller technologie die koolstofdioxide en water zou omzetten in dieselbrandstof, wat veel meer energie en nieuwe materialen vereist, en die meer tijd nodig heeft om te ontwikkelen (zie Kooldioxide omzetten in brandstof en een CO2-recycler demonstreren).
Een alternatief voor de nieuwe technologie is om stoom uit geconcentreerd zonlicht te gebruiken om rechtstreeks elektriciteit op te wekken via stoomturbines. In zo'n systeem kan warmte worden opgeslagen door gesmolten zouten op te warmen, die kunnen worden gebruikt om stoom te genereren nadat de zon ondergaat (zie Goedkope zonne-energie 's nachts). Een potentieel voordeel van de nieuwe aanpak is dat het syngas kan worden gebruikt om elektriciteit of vloeibare brandstoffen op te wekken, afhankelijk van wat voordeliger blijkt te zijn, zegt Robert Wegeng , die het werk leidt bij PNNL.
Het proces is efficiënter dan het opwekken van elektriciteit uit zonnepanelen. Het eerste prototype slaat 63 procent van de energie op in het zonlicht dat erop valt in de vorm van chemische energie. Door de brandstof in een elektriciteitscentrale te verbranden, wordt ongeveer de helft van die energie als warmte verspild, waardoor het totale rendement op ongeveer 30 procent komt, maar dat is nog steeds het dubbele van de efficiëntie van typische zonnepanelen. Het opslaan van zonne-energie in de vorm van chemische bindingen in syngas zou, althans in de nabije toekomst, goedkoper kunnen blijken dan het opslaan van die energie in batterijen.
Toch is het systeem in zijn huidige vorm waarschijnlijk nog steeds te duur om te concurreren met fossiele brandstoffen. Om de kosten te verlagen, werken de onderzoekers eraan om de efficiëntie nog meer te verbeteren, waardoor de hoeveelheid brandstof die elk apparaat zou kunnen maken zou toenemen, zodat er minder nodig zou zijn. Ze beginnen met het verhogen van de temperatuur waarop het werkt, wat een verbetering van de materialen vereist waarvan het apparaat is gemaakt. De onderzoekers werken ook aan het verbeteren van de prestaties van een systeem dat binnenkomende brandstof voorverwarmt - een warmtewisselsysteem dat het methaan door microscopisch kleine kanalen laat stromen.
Ook worden verbeteringen aangebracht aan het systeem voor het concentreren van de zon, met als doel het goedkoper te vervaardigen. Dit wordt gedaan door een spin-off bedrijf genaamd Solar Thermochemical. Het ontwikkelt zowel parabolische schotels, zoals die in het eerste prototype werden gebruikt, als grote velden met spiegels die het licht op een centrale toren richten, zoals de thermische zonne-installaties die in Ivanpah worden gebouwd door BrightSource Energy (zie BrightSource duwt vooruit op een andere massieve zonne-energiecentrale). thermische installatie).