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3D打印反應(yīng)堆堆芯可以提高太陽能燃料生產(chǎn)效率

國防航天能源
2023
10/29
17:37
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本帖最后由 冰墩熊 于 2023-10-29 17:37 編輯

導(dǎo)讀:利用太陽能由CO2和水生產(chǎn)的可再生直接燃料是使航空業(yè)更具可持續(xù)性的一個有前景的解決方案。最有前途的方法之一是涉及基于二氧化鈰的氧化還原循環(huán)的熱化學(xué)過程,該過程利用整個太陽光譜作為高溫工藝熱源,直接生產(chǎn)適合合成煤油的合成氣混合物。

△該渲染圖展示了具有分層通道架構(gòu)的3D打印二氧化鈰結(jié)構(gòu)。集中的太陽輻射入射到分級結(jié)構(gòu)上,并驅(qū)動二氧化碳在陽光下分解成單獨的二氧化碳流和氧氣流

然而,目前的問題是二氧化鈰多孔結(jié)構(gòu)的各向同性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不足,阻礙了其從太陽能到燃料的能源效率。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)阻止了整個體積內(nèi)入射集中太陽輻射的有效吸收。

2023年10月29日,南極熊獲悉,蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH)的工程師開發(fā)了一種新的3D打印技術(shù),可以制造具有復(fù)雜孔隙幾何形狀的多孔陶瓷結(jié)構(gòu),從而更有效地將太陽輻射傳輸?shù)椒磻?yīng)堆內(nèi)部。

近十年來,瑞士工程師一直致力于研究利用陽光和空氣生產(chǎn)液體燃料的技術(shù)。為此,他們開發(fā)了一種獲得專利的太陽能反應(yīng)堆,該反應(yīng)堆暴露在拋物面鏡投射的集中陽光下,溫度高達1500°C。該反應(yīng)堆包含由氧化鈰制成的多孔陶瓷結(jié)構(gòu),通過這些結(jié)構(gòu),進行熱化學(xué)循環(huán)以分解之前從空氣中捕獲的水和CO2。

ETH可再生能源載體教授Aldo Steinfeld表示:“這項技術(shù)有潛力提高太陽能反應(yīng)堆的能源效率,從而顯著提高可持續(xù)航空燃料的經(jīng)濟可行性。 ”

△具有分層通道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)的3D數(shù)字表示(右上)和照片(側(cè)視圖和俯視圖)。太陽能反應(yīng)堆(右下)包含一系列這些分級結(jié)構(gòu),它們直接暴露在集中的太陽輻射下

生產(chǎn)兩倍的太陽能燃料

該技術(shù)的結(jié)果是合成氣,一種氫氣和一氧化碳的混合物,可以進一步加工生產(chǎn)碳中性液體燃料,例如用于航空的太陽能煤油。

迄今為止,已經(jīng)使用了具有各向同性孔隙結(jié)構(gòu)的設(shè)計,但它們存在一個缺點,即在入射太陽輻射進入反應(yīng)堆時呈指數(shù)級的衰減。這導(dǎo)致內(nèi)部溫度相對較低,從而限制了太陽能反應(yīng)堆中燃料的產(chǎn)量。

研究人員表示,與以前的各向同性設(shè)計相比,新的分級設(shè)計能夠更有效地將太陽輻射傳輸?shù)椒磻?yīng)堆內(nèi)部。這是通過使用陶瓷結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)具有分層有序的設(shè)計,通道和孔隙在表面開放并暴露在陽光下來實現(xiàn)的。這些通道和孔隙在朝向反應(yīng)堆后部時變得更窄,這一設(shè)計已被證明特別有效。

這種設(shè)計能夠在整個體積內(nèi)吸收入射的集中太陽輻射,并使反應(yīng)溫度達到1500°C,從而提高燃料的產(chǎn)量。


初步實驗測試顯示,當(dāng)受到強度相當(dāng)于1000個太陽的相同集中太陽輻射時,這些新型的3D打印反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生比均勻結(jié)構(gòu)高兩倍的太陽能燃料。

未來,通過衍生公司Climeworks和Synhelion,蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院團隊正在進一步開發(fā)這些技術(shù)并將其商業(yè)化。



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