Есть конспект?
Пришлите нам!

Солнечный реактор выкачивает водород вращающимися кольцами


Солнечный реактор выкачивает водород вращающимися кольцами
Ричард Дайвер работает с солнечной печью. Скоро здесь начнутся опыты по извлечению водорода из воды (фото Randy Montoya). Солнечный реактор выкачивает водород вращающимися кольцами

20 февраля 2006

Вы готовы завтра пересесть на водородные автомобили? Скажите: "Охотно. Только найдите, наконец-то, рентабельный способ производства водорода". Хорошо, вот очередной проект. Простой до гениальности. И более того, может даже и работоспособный.

Самый очевидный способ разложения воды – электролиз. Когда люди спорят о водородной энергетике, они, как правило, начинают выяснять: появились ли уже солнечные батареи, способные за время своей службы оправдать полученной энергией вложенные в их производство деньги?

Впрочем, оказывается, можно и не беспокоиться о подобных вещах. Например, исследователь Ричард Дайвер (Richard Diver) из американской национальной лаборатории Сандия (Sandia National Laboratories) полагает, что нужно сделать шаг в сторону.

Зачем, мол, эти многоступенчатые преобразования энергии? Вот было бы здорово, если б солнечный свет попадал в некую маленькую камеру, с одного конца которой входил бы поток воды, а из противоположного патрубка – выходил поток водорода.

Искомого результата удалось добиться, соединив химию с механикой.

Солнечный концентратор, на котором работают специалисты Sandia National Laboratories (фото с сайта sandia.gov).

Солнечный концентратор, на котором работают специалисты Sandia National Laboratories (фото с сайта sandia.gov).

Получился "Ресивер-реактор-рекуператор с кольцами противоположного вращения" (Counter Rotating Ring Receiver Reactor Recuperator). Язык сломаешь. Хорошо, что автор изобретения придумал сокращёние: CR5.

Базовая идея была такова. Возьмём ферритовый материал, содержащий кроме оксидов железа ещё и оксиды кобальта, магния и никеля.

Если этот материал восстановить, то он сможет отбирать у воды кислород (при определённых условиях, типа температуры и без доступа воздуха извне в камеру реакции).

После того, как наш активный материал прореагировал с водой, он становится пассивным. И его остаётся либо выбросить, либо как-то восстановить.

А для восстановления прекрасно подойдёт сильный нагрев в закрытой камере. Скажем, при помощи концентрированного солнечного зайчика.

В CR5 из такого активного материала выполнены тонкие кольца, сложенные вместе пакетом. Кольца эти вращаются внутри корпуса, разделённого на две зоны.

В первую из них подаётся водяной пар. Там он вступает в химическую реакцию с материалом колец. Кислород присоединяется к металлам, а водород откачивается в баллоны.

После того, как кольцо сделает поворот на 180 градусов, его прореагировавшая поверхность оказывается во второй камере. Здесь на неё обрушиваются солнечные лучи от огромного зеркала-концентратора. Нагрев восстанавливает ферритовый композит, освобождённый кислород улетучивается прочь.

Одна из изюминок CR5 – простая система рекуперации энергии Солнца, повышающая КПД всей системы. Чётные и нечётные кольца в этом пакете вращаются в разные стороны.

Таким образом, горячие (обращённые к свету) половинки колец, пока поворачиваются во вторую камеру, встречают на пути более прохладные половинки, отдавая им часть своей энергии. А те, напротив, остужают их.

Схема CR5 (иллюстрация с сайта sandia.gov).

Схема CR5 (иллюстрация с сайта sandia.gov).

Оставалось только построить такую машинку, приспособив для непрерывного и равномерного вращения колец маленький электромоторчик. И вот он – новый метод разложения воды. Но на пути воплощения идеи встала проблема недолговечности активного материала.

Обычный ферритовый сплав с добавками быстро превращался в шлак и больше не хотел работать. Да ещё форму не держал.

Вместе со своим сотрудником Джимом Миллером (Jim Miller) Дайвер проверил кучу материалов – кандидатов на роль тех самых колец. Наконец, они выяснили: сочетая на микроскопическом уровне ферритовую смесь с двуокисью циркония, можно сделать композит, отвечающий всем запросам.

С чёрной поверхностью, поглощающей свет. Очень эффективно отбирающий кислород у воды и хорошо восстанавливающийся при попадании в солнечный "суперзайчик". И держащий свою форму при сильном нагреве.

Нужные структуры из ферритовой смеси и двуокиси циркония удалось получить, используя роботизированное литьё (robocasting) — метод, развитый и усовершенствованный другими членами команды Дайвера. При этом способе под управлением компьютера материалы вытекают как зубная паста из тюбика и размещаются на подложке тонкими последовательными слоями.

Главное зеркало солнечной печи. В рабочей зоне оно обеспечивает световой поток в 500 ватт на квадратный сантиметр (фото с сайта sandia.gov).

Главное зеркало солнечной печи. В рабочей зоне оно обеспечивает световой поток в 500 ватт на квадратный сантиметр (фото с сайта sandia.gov).

Ближайший шаг исследователей: проверить идею на практике, воспользовавшись в качестве концентратора света солнечной печью в национальной солнечно-термической лаборатории (National Solar Thermal Test Facility), управляемой Sandia Lab.

"Нет никакой гарантии успеха. Но это — дух лаборатории. Здесь нам позволяют рисковать. Я благодарен за эту возможность", — заявил Ричард.

Dr.BoT© Konspektiruem.ru