Električni reaktor za smanjenje industrijskih emisija

Istraživači sa Stanford Engineeringa na američkom Sveučilištu Stanford dizajnirali su i demonstrirali novu vrstu termokemijskog reaktora koji je sposoban generirati goleme količine topline potrebne za mnoge industrijske procese koristeći električnu energiju umjesto izgaranja fosilnih goriva. Dizajn, objavljen u časopisu Joule, također je manji, jeftiniji i učinkovitiji od postojeće tehnologije fosilnih goriva.

Većina standardnih termokemijskih reaktora radi sagorijevanjem fosilnih goriva za zagrijavanje tekućine, koja zatim teče u cijevi u reaktoru, poput bojlera koji šalje toplu vodu u radijatore od lijevanog željeza, ali s boljom izolacijom i na puno višim temperaturama. To zahtijeva prilično veliku količinu infrastrukture i postoje mnoge mogućnosti gubitka topline na tom putu.

Novi elektrificirani reaktor koristi magnetsku indukciju za stvaranje topline, istu vrstu procesa koji se koristi u indukcijskim pećima. Umjesto transporta topline kroz cijevi, indukcijsko grijanje stvara toplinu unutar reaktora, iskorištavajući interakcije između električnih struja i magnetskih polja.

Ako želite induktivno zagrijati čeličnu šipku, na primjer, možete omotati žicu oko nje i pustiti izmjeničnu struju kroz zavojnicu. Te struje stvaraju oscilirajuće magnetsko polje koje zauzvrat inducira struju u čeliku. A budući da čelik nije savršen vodič električne energije, dio te struje pretvara se u toplinu. Ova metoda učinkovito zagrijava cijeli komad čelika u isto vrijeme, umjesto da stvara toplinu izvana prema unutra.

Istraživači su koristili novu, visokoučinkovitu elektroniku koju je razvio Juan Rivas-Davila , izvanredni profesor elektrotehnike i koautor rada, kako bi proizveli struju koja im je potrebna. Zatim su koristili te struje za induktivno zagrijavanje trodimenzionalne rešetke napravljene od slabo vodljivog keramičkog materijala u jezgri njihovog reaktora.

Struktura rešetke jednako je važna kao i sam materijal, jer šupljine rešetke umjetno još više smanjuju električnu vodljivost. A te se praznine mogu ispuniti katalizatorima, materijalima koje je potrebno zagrijati da bi se pokrenule kemijske reakcije. To omogućuje još učinkovitiji prijenos topline i znači da elektrificirani reaktor može biti puno manji od tradicionalnih reaktora na fosilna goriva.

Istraživači su koristili reaktor za pokretanje kemijske reakcije, nazvane reverzna reakcija promjene vodenog plina, koristeći novi održivi katalizator koji je razvio Matthew Kanan, profesor kemije na Stanfordu i koautor rada. Reakcija, koja zahtijeva visoku toplinu, može pretvoriti zarobljeni ugljični dioksid u vrijedan plin koji se može koristiti za stvaranje održivih goriva. U demonstraciji dokaza koncepta, reaktor je bio učinkovit preko 85%, što ukazuje da je gotovo svu električnu energiju pretvorio u upotrebljivu toplinu.

Istraživači već rade na povećanju svoje nove reaktorske tehnologije i proširenju njezinih potencijalnih primjena. Prilagođavaju iste ideje za dizajn reaktora za hvatanje ugljičnog dioksida i za proizvodnju cementa, te surađuju s industrijskim partnerima u naftnoj i plinskoj industriji. Također provode ekonomske analize kako bi razumjeli kako bi izgledala održiva rješenja za cijeli sustav i kako bi se mogla učiniti pristupačnijima.