211service.com
En lösning på solenergiintermittens
Förbränning av naturgas släpper ut ungefär hälften så mycket koldioxid som förbränning av kol, men den producerar fortfarande stora mängder av växthusgasen i atmosfären. En ny enhet som utvecklas vid Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) kan minska dessa utsläpp med 20 procent genom att använda värme från solen för att omvandla naturgas till ett alternativt bränsle som kallas syngas, ett bränsle med lägre koldioxidutsläpp.
Solbränsle: En parabolisk skål koncentrerar solljus i en prototypenhet som kan användas för att uppgradera naturgas.
Processen undviker intermittensproblemet med solpaneler, vars produktion beror på vädret och tiden på dygnet. Bränslet som produceras av den nya enheten kan lagras och användas närhelst det behövs för att generera en stadig tillgång på el.
Forskarnas mål är att använda enheten för att producera el till sex cent per kilowattimme el, vilket är konkurrenskraftigt med fossila bränslen.
Enheten använder en parabolisk skål för att koncentrera ljuset från solen och producera värme. Den värmen ger den energi som behövs för att omvandla metan till syngas, som är en blandning av kolmonoxid och väte. Vatten värms upp för att producera ånga, som sedan används i en process som kallas ångreformering, som används vid oljeraffinering och andra industriella processer. Under ångreformering reagerar ånga med metan, huvudkomponenten i naturgas, för att bilda syngas.
Syngas kan brännas i naturgaskraftverk för att generera elektricitet. Syngasen kan också bearbetas för att göra flytande bränslen som diesel - det är lättare att omvandla syngas till flytande bränsle än att omvandla metan. Detta kan vara användbart för att minska oljeimporten, men fördelarna med koldioxidutsläpp är inte tydliga. Forskarna har ännu inte bestämt om tekniken kommer att minska koldioxidutsläppen jämfört med petroleum, delvis på grund av att koldioxid släpps ut under processen att omvandla syngas till flytande bränsle.
Även om det inte helt eliminerar koldioxidutsläpp, är det närmare att vara praktiskt än vissa andra metoder för att använda solenergi för att generera bränsle, säger James Miller , chef för Sunshine to Petrol-programmet vid Sandia National Laboratory, som inte är involverad i arbetet på PNNL. Ångreformering är en etablerad process som inte kräver några genombrott i katalysatorer eller material. [PNNL]-tekniken är attraktiv eftersom det är något som potentiellt kan göras på kort sikt för att gå vidare med att minska koldioxidutsläppen, säger han.
Däremot utvecklar Miller teknik som skulle omvandla koldioxid och vatten till dieselbränsle, vilket kräver mycket mer energi och nya material, och som kommer att ta längre tid att utveckla (se Förvandla koldioxid till bränsle och demonstrera en koldioxidåtervinnare ).
Ett alternativ till den nya tekniken är att använda ånga från koncentrerat solljus för att direkt producera el via ångturbiner. I ett sådant system kan värme lagras genom att värma upp smälta salter, som kan användas för att generera ånga efter att solen gått ner (se Billig solenergi på natten ). En potentiell fördel med det nya tillvägagångssättet är att syngasen kan användas för att generera antingen el eller flytande bränslen, beroende på vilket som visar sig vara mer ekonomiskt, säger Robert Weeng , som leder arbetet på PNNL.
Processen är effektivare än att producera el från solpaneler. Den första prototypen lagrar 63 procent av energin i solljuset som träffar den i form av kemisk energi. Att bränna bränslet i ett kraftverk kommer att slösa bort ungefär hälften av den energin som värme, vilket sänker den totala effektiviteten till cirka 30 procent, men det är fortfarande dubbelt så effektivt som typiska solpaneler. Att lagra solenergi i form av kemiska bindningar i syngas kan visa sig vara billigare än att lagra den energin i batterier, åtminstone inom en snar framtid.
Ändå är systemet i sin nuvarande form sannolikt fortfarande för dyrt för att konkurrera med fossila bränslen. För att sänka kostnaderna arbetar forskarna med att förbättra effektiviteten ytterligare, vilket skulle öka mängden bränsle varje enhet skulle kunna göra, så att färre skulle behövas. De börjar med att öka temperaturen vid vilken den fungerar, vilket kräver att materialen som enheten är gjord av förbättras. Forskarna arbetar också med att förbättra prestandan hos ett system som förvärmer inkommande bränsle - ett värmeväxlingssystem som flödar metanet genom mikroskopiska kanaler.
Det görs också förbättringar av systemet för att koncentrera solen, med målet att göra det billigare att tillverka. Detta görs av ett spinoff-företag som heter Solar Thermochemical. Det utvecklar både paraboliska rätter, som de som användes i den första prototypen, såväl som stora fält av speglar som fokuserar ljuset på ett centralt torn, såsom solvärmeanläggningarna som byggs i Ivanpah av BrightSource Energy (se BrightSource Pushes Ahead on Another Massive Solar termisk anläggning).