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澳大利亚研究人员设计了一种藻类太阳能燃料的太阳能处理方式

2019-04-15 06:09暂无阅读:1232评论:0

西澳大利亚螺旋藻农场 IMAGE@ ThinkSiD

藻类是一种与太阳能燃料协同感化的潜在能源原料,因为藻类能够在有精巧太阳能资源的廉价戈壁地带的盐水中生长,并且藻类还含有制造太阳能燃料所需的化学物质(氢、碳和氧)。降低藻类养殖成本的研究正在进行中。

然后使用太阳能热能将养殖藻类转化为燃料,太阳能燃料的澳大利亚国立大学的研究小组(阿奴)由约翰•派伊Mahesh Venkataraman一路提出了一个新的过程,具体的在他们的论文中造型50 MWth子回响堆SCWG藻类——懂得的设计约束。

Pye的团队在第二篇论文中进一步描述了本研究中使用的动态过程模型:经由气化- fischer - tolsch路线对太阳能驱动的液体燃料生产工场进行系统级仿真,并在摩洛哥举办的SolarPACES第24届会议长进行了介绍。

热化学生产太阳能燃料是世界列国实验室正在斥地的一项进步手艺。镜子将数千个反射的“太阳”集中到各类各样的太阳能回响堆上,以达到高达1500°C的高温。

太阳能回响堆被用来进行热驱动的热化学回响,从新分列分子以发生氢,或合成气体(氢和一氧化碳的夹杂物),这些气体能够进一步加工成碳氢化合物燃料,如汽油、柴油和喷气燃料。

首先,为藻类发现一种新的太阳能燃料回响堆

在ANU研究人员提出的这一过程中,太阳能被用来在605°C的温度下气化生物质。集中的太阳辐射用于加热高压藻类和水泥浆,压力和温度的连系将藻类生物分子分化成合成气,然后能够转化为汽油。

然而,藻类是一种非常“杂沓”的生物质原料,设计一个太阳能回响器使其气化是一个挑战。“藻类是一个非常复杂的化学,它实际上是很多分歧的化学物质夹杂在一路,”派伊指出。“尽管在这个过程中,我们实际上并不太在意它切实切构造。对我们来说真正主要的是有几多碳,有几多氢,有几多氧。当我们加热时,藻类的所有复杂化学物质在超临界水前提下都邑分化。”

第一步-超临界水气化(SCWG)

这一过程从SCWG起头。SCWG是一种新一代的热化学转化手艺,它能以更少的虚耗实现更快的化学转化。SCWG已经在实验室规模上被证实能够将有机原料转化为含有CO、CO2、氢气和甲烷的气体燃料夹杂物。这也将是幻想的湿原料,如藻类。

文卡塔拉曼说:“超临界水气化实际上并不光限于藻类。“你几乎能够用SCWG气化任何含碳原料,好比城市垃圾、动物垃圾、植物垃圾、农业垃圾。”

澳大利亚国立大学的研究人员将他们在太阳能燃料方面的专业常识集中在藻类上,因为藻类能够在澳大利亚阳光足够的戈壁中莳植,那边有足够的低成本空间供日光定日剂的太阳能场供应回响所需的热量。从藻类中生产太阳能燃料需要他们弄清楚若何设计整个过程,包罗后续的太阳能SCWG与改善的费歇尔-托普希(F-T)单元单子的合成气转化为液体燃料。

太阳能回响堆将若何处理藻类

和其他用于太阳能燃料的太阳能回响堆一般,定日镜将在塔前形成极分列,使高度集中的太阳辐射可以在领受管上实现低通量的高温。“实现这一方针的方式是与大量的深腔管睁开内部空腔,空腔你最终天然这种极地定日镜场的结构,“派伊注释道。

定日镜场的设计IMAGE @Mahesh Venkataraman

太阳能回响堆,定日镜专注和集中太阳光转换成塔的顶部的领受器,它加热回响堆,使化学回响,在这种情形下,湿夹杂藻类从四周的藻类水池内加热回响堆管到605 c 24 MPa的压力。

文卡塔拉曼说:“你需要把海藻溶液浓缩到充沛的水平,使回响堆发生效率,然后把这个溶液带到塔顶。”“藻类在高温高压下起头气化,并起头形成合成气,能够转化为液体燃料。

两个回响堆将位于塔顶,一个进行超临界水气化,另一个进行蒸汽甲烷重整,以达到氢和一氧化碳的准确比例,以便后续的F-T过程。“然后从塔上下来,那时是超临界水;就像非常非常密集的蒸汽,加大将成为燃料的气体,”文卡塔拉曼说。

“气化过程中发生的气体富含氢、甲烷和二氧化碳。你将夹杂物冷凝,然后你就能够把水星散出来,再轮回回到藻类水池中,培育新的藻类。为了将其转化为合成气(一氧化碳和氢气的夹杂物),并为粗俗的F-T供应合适的构成,使用了太阳能驱动的蒸汽甲烷转化妆置。”

然后,合成气在压力下被送到一个大的储气罐,保留起来,然后转发给F-T流程,该流程将合成气转化为另一组回响堆中的液体燃料。首先保留这种气体,确保它能够日夜一直地不乱地供给F-T过程,而不会在太阳下山时休止。

IMAGE@ Mahesh Venkataraman

太阳能燃料的研究正引领着新型F-T设计

F-T工艺将需要分歧于今朝办事于化石燃料工业的非常大的贸易举措。 因为他们非常大的规模,传统化学回响堆花好多时间热身和降温。这意味着它们不克随意上升,若是没有太阳太长时间;然后合成气储罐就空了。是以,世界各地的一些研究人员和公司正在研究新的小型F-T回响堆,包罗更适合于太阳能燃料的微通道/微管设计。

他说:“我们将使用微管回响器,它能比传统回响器更好地处理瞬态。”该过程的其余部门将具有与F-T举措沟通的结构;蒸馏塔、加氢裂化回响器和重整回响器。

需要解决的挑战包罗经由在斜坡频率和存储之间找到最划算的折中方案来均衡成本。“合成气保留成本奋发。这是一个衡量的问题,你有充沛的存储空间来运行大部门时间,但你仍然必需向上和向下一点,例如,在冬天,当你很难让你的存储满,”Pye注释说。

这种新的小型和更天真的微型F-T回响堆设计或者具有贸易价格。他说:“我们认为,若是微型F-T概念可以成功,就或者在较小规模上形成一个相当有竞争力的系统。”“所以我们进展这种或者机能够实现。”

Pye规划在一个中央液体燃料加工场四周建造一些太阳能发电厂。“我们说的不是远距离的自然气运输。“我们的设法是让F-T、太阳能和藻类彼此连结合理的距离。”

下一步:调整他们的系统,以获得成本更低的原料

该团队一向在测验看看他们基于藻类的系统的每一步是否都能完美工作。为了做到这一点,他们模拟了分歧的单元——瞬态太阳能场、气化回响堆、存储和微型F-T过程——若何互相集成。

Pye在澳大利亚国立大学的团队已经展示了经由太阳能驱动的超临界水气化和太阳能F-T路线生产液体燃料的手艺经济可行性。对该工艺进行了优化,采用该工艺生产的燃料(LCOF)的平均成本约为3.2澳元/升汽油当量。

这意味着他们的太阳能藻类燃料的价钱将是澳大利亚2018年汽油价钱的三倍摆布。但今朝藻类养殖的高成本自己就占了这种高LCOF的很大一部门。若是养殖藻类的成本下降(或许碳价钱上升),这些研究人员斥地的完全碳中性太阳能工艺将具有竞争力。

与此同时,研究小组下一步将致力于斥地一种改良的系统,该系统能够处理一种潜在的更廉价的生物质废料原料,好比甘蔗渣(甘蔗废纸浆)。