Tehokas fotoreaktori ja kestävä polttokennoarkkitehtuuri

Kansainvälinen tiimi, johon kuuluu University of Toronton tutkijoita, on suunnitellut ja toteuttanut uuden mallin fotoreaktoreille, aurinkovoimalla toimivan teknologian veden, hiilidioksidin, metaanin ja typen muuntamiseksi vihreämmiksi kemikaaleiksi ja polttoaineiksi.

Innovatiivinen suunnitelma mahdollistaa fotoreaktorin kaapata fotoneja korkealla tehokkuudella vaihtelevissa auringon suunnissa, mikä eliminoi auringon seurannan tarpeen.

Toisin kuin lämpöreaktorit, fotoreaktorit yhdistävät auringonvalossa olevat fotonit ja reagoivat aineet vihreiden kemikaalien ja polttoaineiden tuottamiseksi. Auringonvaloa ja vettä käyttämällä fotoreaktorit voivat vähentää tehokkaasti hiilidioksidipäästöjä.

Ollakseen teknisesti ja taloudellisesti elinkelpoinen, fotonin tuotteeksi muuntamisen tehokkuuden on oltava vähintään 10 prosenttia mutta tähänastiset saavutukset ovat jääneet usein yhden prosentin tasolle.

U of T:n tiimi ja KIT:n ryhmä kehittivät paneelimaisen fotoreaktorin, joka sisältää satoja rinnakkaisia mikromittakaavan reaktiokanavia.

Niiden keskeinen piirre on, että jokainen reaktiokanava on yhdistetty V-muotoiseen valonsieppausyksikköön, joka ohjaa valon kanavaan, jossa fotokatalyytti sijaitsee. Kaikki pinnat ovat erittäin heijastavia, mikä optimoi fotonien kuljetuksen ulkoisesta valonlähteestä mikrokanaviin sijoitettuun fotokatalyyttiin minimaalisilla valohäviöillä. Paneeleita voidaan valmistaa suulakepuristamalla, mikä tekee niistä edullisia ja helposti valmistettavia.

Uusi fotoreaktorimalli voi ylittää nykyiset huippuluokan fotoreaktorit ja sitä voidaan käyttää talojen katoilla ja aurinkotiloilla sekä integroituna aurinkosähköö tuottamaan sekä uusiutuvaa sähköä että vihreitä kemikaaleja ja polttoaineita.

Lupaava ja kestävämpi uusi polttokennorakenne voisi puolestaan auttaa muuttamaan raskasta kuorma-autoliikennettä ja muita puhtaita polttokennosovelluksia.

Innovatiivinen elektrodi – polymeerielektrolyyttikalvoinen polttokennon sydän – koostuu nanolangoista, jotka ovat vähemmän alttiita korroosiolle kuin muut mallit, ja se voi aloittaa uuden aikakauden polttokennoille, jotka käyttävät vetyä päästöttömänä voimana ajoneuvoissa.

"Reaalimaailmassa tämä tarkoittaa, että meillä voi olla kestävämpi polttokenno, joka tarjoaa korkean polttoainetalouden pidemmän käyttöiän ajan", sanoi Jacob Spendelow, Los Alamos National Laboratory -tiimin tutkija.

"Tämä työ osoittaa, että voimme päästä eroon tavanomaisista hiilipohjaisista katalyytin tukirakenteista, eliminoimalla siten hiilen korroosioon liittyvät hajoamisongelmat ja samalla saavuttamaan korkean suorituskyvyn polttokennoille."

Koaksiaalinen nanolankaelektrodi (CANE) koostuu joukosta pystysuoraan kohdistettuja nanolankoja, joissa jokainen nanolanka käsittää katalyyttisesti aktiivisen platinakalvon, joka ympäröi ioneja johtavaa polymeeriydintä.

Stressitesteissä CANE menetti vain 2 % suorituskyvystään 5 000 tukimateriaaleihin keskittyneen rasitustestisyklin jälkeen verrattuna 87 % suorituskyvyn heikkenemiseen tavanomaisella hiilipohjaisella elektrodilla.

Aiheista aiemmin:

Synteesikaasua ja akkuvarausta auringonvalosta

Halpaa ja kestävää vetyä aurinkovoimalla