ابداع یک راکتور برقی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای صنعتی

به گزارش ایسنا. در حال حاضر، عملیات صنعتی در ایالات متحده تقریبا یک سوم از انتشار دی اکسید کربن این کشور را تشکیل می دهد که حتی بیشتر از انتشار سالانه وسایل نقلیه مسافربری، کامیون ها و هواپیماها است. کربن زدایی این بخش گامی دشوار اما حیاتی در کاهش اثرات دی اکسید کربن بر اقلیم آینده است.

بر اساس گزارش استنفورد، محققان دانشکده مهندسی دانشگاه استنفورد نوع جدیدی از راکتور ترموشیمیایی طراحی کرده اند که می تواند مقادیر زیادی گرمای مورد نیاز بسیاری از فرآیندهای صنعتی را با استفاده از برق به جای سوخت های فسیلی تولید کند. این راکتور کوچک‌تر، ارزان‌تر و کارآمدتر از فناوری‌های کنونی مبتنی بر سوخت‌های فسیلی است.

جاناتان فان، استادیار مهندسی برق در دانشگاه استنفورد و محقق اصلی این پروژه، گفت: «ما یک زیرساخت راکتور الکتریکی مقیاس‌پذیر برای فرآیندهای ترموشیمیایی داریم که خواص گرمایشی و انتقال حرارت ایده‌آلی دارند. ما عملکرد راکتور را فراتر از محدودیت های فیزیکی سوق می دهیم و از برق سبز برای تامین انرژی آن استفاده می کنیم.

اکثر راکتورهای حرارتی استاندارد با سوزاندن سوخت‌های فسیلی برای گرم کردن سیالی که در لوله‌های راکتور جریان می‌یابد کار می‌کنند، اما این کار با عایق بهتر و در دمای بسیار بالاتر انجام می‌شود. این نیاز به زیرساخت های زیادی دارد و فرصت های زیادی برای از دست دادن گرما در طول مسیر وجود دارد.

راکتور الکتریکی جدید از القای مغناطیسی برای تولید گرما استفاده می کند. گرمایش القایی با بهره برداری از تعامل بین جریان های الکتریکی و میدان های مغناطیسی به جای انتقال گرما از طریق لوله ها، گرما را در راکتور تولید می کند. به عنوان مثال، اگر می خواهید یک میله فولادی را به صورت القایی گرم کنید، می توانید یک سیم را دور آن بپیچید و جریان متناوب را از سیم عبور دهید. این جریان ها یک میدان مغناطیسی نوسانی ایجاد می کنند که به نوبه خود باعث القای جریان در فولاد می شود. چون فولاد رسانای کامل الکتریسیته نیست، مقداری از این جریان به گرما تبدیل می شود. این روش به جای تولید گرما از بیرون به داخل، کل قطعه فولاد را به طور موثر و همزمان گرم می کند.

تطبیق گرمایش القایی با صنایع شیمیایی به سادگی افزایش گرما نیست. راکتورهای صنعتی باید گرما را به طور مساوی در یک فضای سه بعدی تولید و توزیع کنند و نسبت به اجاق گاز سنتی کارآمدتر باشند. محققان به این نتیجه رسیدند که می‌توانند با استفاده از جریان‌های فرکانس بالا که خیلی سریع متناوب می‌شوند، همراه با مواد راکتور که رسانای الکتریکی ضعیفی هستند، به حداکثر بازدهی دست یابند.

فن خاطرنشان کرد که ساختار مش به اندازه خود ماده مهم است، زیرا سوراخ های مش به طور مصنوعی رسانایی الکتریکی را حتی بیشتر کاهش می دهد. این فضاهای خالی را می توان با کاتالیزورهایی پر کرد که برای شروع واکنش های شیمیایی باید گرم شوند. این امر انتقال حرارت را کارآمدتر می کند و به این معنی است که راکتور الکتریکی می تواند بسیار کوچکتر از راکتورهای سوخت فسیلی سنتی باشد.

فن ادامه داد: “شما در حال گرم کردن یک ساختار سطحی بزرگ درست در کنار کاتالیزور هستید.” بنابراین گرمایی که تولید می کند خیلی سریع به کاتالیزور می رسد تا واکنش های شیمیایی را کاتالیز کند. به علاوه همه چیز را ساده می کند. شما گرما را از جای دیگری منتقل نمی کنید و مقداری از آن را در طول مسیر از دست نمی دهید. شما لوله‌هایی ندارید که وارد و خارج از راکتور می‌شوند. همچنین می توانید کل راکتور را ایزوله کنید. این از نقطه نظر مدیریت انرژی و هزینه ایده آل است.

محققان از این راکتور برای اجرای یک واکنش شیمیایی به نام «واکنش تبدیل آب به گاز برگشت‌پذیر» با استفاده از کاتالیزور پایدار جدیدی که توسط متیو کانان، استاد شیمی در دانشگاه استنفورد و یکی از محققان این واکنش ساخته شده است، استفاده کردند نیاز به حرارت بالا دارد، می تواند دی اکسید کربن جذب شده را به گازی با ارزش تبدیل کند. در یک نمایش اثبات مفهوم، بازده راکتور بیش از 85 درصد بود که نشان می‌دهد تقریباً تمام انرژی الکتریکی را به گرمای قابل استفاده تبدیل می‌کند. راکتور همچنین شرایط ایده آلی را برای تسهیل واکنش شیمیایی نشان داد. دی اکسید کربن با سرعت قابل پیش بینی به گاز قابل استفاده تبدیل شد، که اغلب در راکتورهای جدید اتفاق نمی افتد.

فن گفت: «وقتی این راکتورها را بزرگ‌تر می‌کنیم یا در دماهای بالاتر کار می‌کنیم، کارآمدتر می‌شوند. این داستان برق است. ما فقط سعی نمی کنیم چیزهایی را که داریم جایگزین کنیم، بلکه سعی می کنیم آن را بهتر کنیم.

این تحقیق در مجله «الژول» منتشر شده است.

انتهای پیام/