Sähköinen reaktori vähentäisi teollisuuden päästöjä

Stanford Engineeringin tutkijat ovat kehittäneet uuden lämpökemiallisen reaktorin, joka voi tuottaa suurin määrin lämpöä, jota tarvitaan teollisiin prosesseihin käyttämällä sähköä fossiilisten polttoaineiden sijaan.

"Meillä on nyt sähköinen ja skaalautuva reaktori-infrastruktuuri lämpökemiallisia prosesseja varten, jolla on ihanteelliset lämmitys- ja lämmönsiirto-ominaisuudet", sanoo sähkötekniikan apulaisprofessori Jonathan Fan. "Pohjimmiltaan siirrämme reaktorin suorituskyvyn fyysisiin rajoihin ja käytämme vihreää sähköä sen virranlähteenä."

Uusi sähköistetty reaktori käyttää magneettista induktiota lämmön tuottamiseen. Induktiolämmitys tuottaa lämpöä reaktorin sisällä hyödyntämällä sähkövirtojen ja magneettikenttien välistä vuorovaikutusta ja sellaista käytetään jo nykyään esimerkiksi teräksen käsittelyyn.

Induktiolämmityksen mukauttaminen kemianteollisuuteen ei ole niin helppoa kuin pelkkä lämmön lisääminen. Teollisuusreaktorien on kehitettävä ja jaettava lämpöä tasaisesti kolmiulotteisessa tilassa ja oltava paljon tehokkaampia kuin tavalliset liesitasot. Tutkijat päättelivät, että he voisivat maksimoida tehokkuuden käyttämällä erityisen suuritaajuisia virtoja, jotka vaihtelevat hyvin nopeasti, yhdessä reaktorin metamateriaalien kanssa, jotka johtavat erityisen huonosti sähköä.

Tutkijat käyttivät uudenlaista tehoelektroniikkaa tuottamaan virrat, joilla lämmitetään induktiivisesti huonosti johtavasta keraamisesta materiaalista valmistettua kolmiulotteista hilaa reaktorin sydämessä.

Hilarakenne on yhtä tärkeä kuin itse materiaali, Fan sanoo, koska hilan tyhjiöt alentavat keinotekoisesti sähkönjohtavuutta entisestään. Ja nämä tyhjät tilat voidaan täyttää katalyyteillä – materiaaleilla, joita on lämmitettävä kemiallisten reaktioiden käynnistämiseksi. Tämä tekee lämmönsiirrosta entistä tehokkaamman ja tarkoittaa, että sähköistetty reaktori voi olla paljon pienempi kuin perinteiset fossiilisten polttoaineiden reaktorit.

Tutkijat käyttivät reaktoria tehostamaan kemiallista reaktiota, jota kutsutaan käänteiseksi vesikaasun siirtoreaktioksi. Korkeaa lämpöä vaativa reaktio voi esimerkiksi muuttaa talteen otetun hiilidioksidin arvokkaaksi kaasuksi, jota voidaan käyttää kestävien polttoaineiden luomiseen.

Todistusnäytöksessä reaktorin hyötysuhde oli yli 85 %. Reaktori osoitti myös ihanteelliset olosuhteet kemiallisen reaktion helpottamiseksi – hiilidioksidi muuttui käyttökelpoiseksi kaasuksi teoreettisesti ennustetulla nopeudella, mikä ei useinkaan toteudu uusissa reaktorirakenteissa. Lisäksi reaktorin käyttäminen korkeammissa lämpötiloissa vain tehostaa niitä.

"Sähköistys antaa meille mahdollisuuden keksiä infrastruktuuria uudelleen, murtamalla olemassa olevia pullonkauloja kutistamalla ja yksinkertaistamalla tämäntyyppisiä reaktoreita sen lisäksi, että ne eivät tuota hiilidioksidia", Fan toteaa yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

3D-tulostettu reaktorisydän aurinkopolttoaineille

Tehokas fotoreaktori ja kestävä polttokennoarkkitehtuuri