ETH Zürih’teki mühendisler son yıllarda güneş ışığı ve havadan sıvı yakıt üretme teknolojisini geliştirdiler. Mühendisler, 2019 yılında tüm termokimyasal proses zincirini ilk kez gerçek koşullar altında, Zürih’in ortasında, ETH Makine Laboratuvarı’nın çatısında sergilediler. Bu sentetik solar yakıtları karbon nötrdür çünkü yanmaları sırasında sadece üretimleri için havadan çekildikleri kadar CO2 açığa çıkarırlar. İki ETH spin-off’u, Climeworks ve Synhelion, bu teknolojileri daha da geliştiriyor ve ticarileştiriyor.
Üretim prosesinin merkezinde, parabolik bir ayna tarafından sağlanan konsantre güneş ışığına maruz kalan ve 1500 santigrat dereceye kadar sıcaklıklara ulaşan bir solar reaktör bulunmaktadır. Seryum oksitten yapılmış gözenekli bir seramik yapı içeren bu reaktörün içinde, daha önce havadan yakalanan su ve CO2’nin ayrıştırılması için bir termokimyasal döngü gerçekleşmektedir. Ürün, havacılıkta kullanılan kerosen (jet yakıtı) gibi sıvı hidrokarbon yakıtlara dönüştürülebilen bir hidrojen ve karbon monoksit karışımı olan sentez gazıdır.
Şimdiye kadar izotropik gözenekliliğe sahip yapılar uygulanmıştır ancak bunların reaktöre giren güneş radyasyonunu katlanarak azaltması gibi bir dezavantajı vardır. Bu da daha düşük iç sıcaklıklara yol açarak solar reaktörün yakıt verimini sınırlamaktadır.
Şimdi, ETH Kompleks Malzemeler Profesörü André Studart’ın grubundan ve ETH Yenilenebilir Enerji Taşıyıcıları Profesörü Aldo Steinfeld’in grubundan araştırmacılar, solar radyasyonu reaktörün içine daha verimli bir şekilde taşımak için karmaşık gözenek geometrilerine sahip gözenekli seramik yapılar üretmelerini sağlayan yeni bir 3D baskı metodolojisi geliştirdiler. Araştırma projesi İsviçre Federal Enerji Ofisi tarafından finanse ediliyor.
Güneş ışığına maruz kalan yüzeyde açık olan ve reaktörün arkasına doğru daralan kanallara ve gözeneklere sahip hiyerarşik olarak düzenlenmiş tasarımların özellikle verimli olduğu kanıtlanmıştır. Bu düzenleme, gelen konsantre solar radyasyonun tüm hacim boyunca absorbe edilmesini sağlar. Bu da tüm gözenekli yapının 1500°C’lik reaksiyon sıcaklığına ulaşmasını sağlayarak yakıt üretimini artırır. Bu seramik yapılar, ekstrüzyon tabanlı bir 3D baskı işlemi ve bu amaç için özel olarak geliştirilen optimum özelliklere sahip yeni bir mürekkep türü kullanılarak üretilmiştir: Düşük viskozite ve redoks aktif malzeme miktarını en üst düzeye çıkarmak için yüksek konsantrasyonda seryum partikülleri.
Araştırmacılar, radyan ısı transferi ile termokimyasal reaksiyon arasındaki karmaşık etkileşimi incelemişlerdir. Yeni hiyerarşik yapılarının, 1000 güneşe eşdeğer yoğunlukta aynı konsantre solar radyasyona maruz kaldığında tek tip yapılara göre iki kat daha fazla yakıt üretebildiğini gösterebildiler.
Seramik yapıların 3D baskı teknolojisi halihazırda patentlidir ve Synhelion ETH Zürih’ten lisans almıştır. Steinfeld, “Bu teknoloji solar reaktörün enerji verimliliğini artırma ve dolayısıyla sürdürülebilir havacılık yakıtlarının ekonomik uygulanabilirliğini önemli ölçüde geliştirme potansiyeline sahip” dedi. [1]“3D printed reactor core makes solar fuel production more efficient” yazısından çevrilmiştir.
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | “3D printed reactor core makes solar fuel production more efficient” yazısından çevrilmiştir. |
|---|
