Instalação solar térmica

Usina de energia solar
Termelétrica

Geração de combustível solar

Geração de combustível solar

A geração de combustível através da energia solar é uma técnica baseada na geração de reações químicas usando radiação solarEsses processos químicos permitem a geração de energia que, de outra forma, viria de uma fonte de combustível fóssil ou energia nuclear.

Uma grande vantagem da geração de combustíveis solares é que eles podem ser transportados e armazenados facilmente. No entanto, a adição de um passo na geração de energia eléctrica (combustível geração) envolve uma redução da eficiência: adicionar um passo adicional entre o armazenamento de energia e a produção de energia eléctrica diminui consideravelmente a eficiência do processo global.

Tipos de reações químicas solares

As reações químicas induzidas pelo Sol podem ser divididas em reações termoquímicas ou reações fotoquímicas. Uma fotossíntese artificial pode produzir uma variedade de combustíveis.

Uma reação termoquímica é uma reação química na qual uma transformação termodinâmica é experimentada. Em outras palavras, é uma reação que gera ou absorve energia térmica.

Reações fotoquímicas geram interações entre átomos, pequenas moléculas e luz. A fotoquímica há duas muito importantes leis físicas primeira lei da fotoquímica diz estados que a luz deve ser absorvida por uma substância química que resulta em uma reação fotoquímica. A segunda lei da fotoquímica afirma que, para cada fóton de luz absorvido por um sistema químico, apenas uma molécula é ativada para uma reação fotoquímica.

Química Solar

O que é química solar? A química solar refere-se a uma série de processos possíveis que aproveitam a energia solar, absorvendo a luz do sol em uma reação química. A idéia é conceitualmente semelhante à fotossíntese em plantas, que converte energia solar em ligações químicas de moléculas de glicose, mas sem o uso de organismos vivos, razão pela qual também é chamada de fotossíntese artificial.

Uma abordagem promissora é usar a luz solar concentrada para fornecer a energia necessária para separar hidrogênio e oxigênio da água na presença de um catalisador metálico, como o zinco. Este processo é normalmente realizado em duas etapas para que o hidrogênio e o oxigênio não ocorram na mesma câmara, para evitar o risco de explosão.

Outra abordagem é pegar o hidrogênio criado nesse processo e combiná-lo com o dióxido de carbono para criar metano. O benefício dessa abordagem é que existe uma infra-estrutura estabelecida para transportar e queimar metano para geração de energia, o que não é verdade para o hidrogênio.

A principal desvantagem dessas duas abordagens é comum à maioria dos métodos de armazenamento de energia: adicionar uma etapa adicional entre o armazenamento de energia e a produção de eletricidade diminui drasticamente a eficiência do processo geral.

Fotossíntese artificial

A fotossíntese artificial é um processo químico que imita o processo natural da fotossíntese, que converte luz solar, água e dióxido de carbono em carboidratos e oxigênio. O termo geralmente se refere a qualquer sistema para capturar e armazenar a energia da luz solar nas ligações químicas de um combustível (combustível solar). A dissociação fotocatalítica da água converte a água em prótons (e finalmente em hidrogênio) e oxigênio e é uma das principais áreas de pesquisa na fotossíntese artificial. A redução fotoquímica do dióxido de carbono é outro processo em estudo e reproduz a fixação natural do carbono.

A pesquisa realizada nesta área inclui a concepção e construção de dispositivos (e seus componentes) para a produção de energia solar directa de combustível, a química fotoeléctrica e as suas aplicações em células de combustível e engenharia de enzimas e microrganismos fotoautotróficas biocombustíveis microbianas e a produção de biohidrogênio a partir da luz solarMuitas, senão a maioria, das linhas de pesquisa são inspiradas no mundo biológico, ou seja, são baseadas na biomimética.

Perspectivas para o futuro do combustível solar

Um dos desafios atuais é o desenvolvimento da química catalítica multi-eletrônica envolvida na fabricação de combustíveis à base de carbono (como o metanol) a partir da redução do dióxido de carbono. Uma alternativa viável é o hidrogênio. produção de protões, embora a utilização de água como uma fonte de electrões (como o fazem as plantas na fotossíntese) requer mestre multielectrón oxidação de duas moléculas de oxigénio molecular para a água.

Em alguns setores, planeja-se trabalhar com usinas de combustível solar em áreas costeiras metropolitanas até 2050: a separação da água do mar que fornece hidrogênio através das usinas elétricas de células a combustível adjacentes e do subproduto de água pura que entra diretamente no sistema municipal de água. Outra visão envolve todas as estruturas humanas que cobrem a superfície da terra (ou seja, estradas, veículos e edifícios) fazendo a fotossíntese de uma maneira ainda mais eficiente do que as plantas.

As tecnologias de produção de hidrogênio têm sido uma importante área de pesquisa de produtos químicos solares desde a década de 1970. Além da eletrólise conduzida por células fotovoltaicas ou fotoquímicas, vários processos termoquímicos também foram explorados. Uma dessas rotas usa concentradores para separar a água em oxigênio e hidrogênio em altas temperaturas (2.300-2.600 ° C ou 4.200-4.700 ° F).

Outra abordagem usa o calor dos concentradores solares para impulsionar a reforma a vapor do gás natural, o que aumenta o rendimento total do hidrogênio em comparação com os métodos convencionais de reforma. Os ciclos termoquímicos caracterizados pela decomposição e regeneração dos reagentes apresentam outro caminho para a produção de hidrogênio. O processo Solzinc, em desenvolvimento no Instituto Weizmann de Ciências, usa um forno solar de 1 MW para decompor o óxido de zinco (ZnO) a temperaturas acima de 1.200 ° C (2.200 ° F). Esta reação inicial produz zinco puro, que pode reagir subseqüentemente com água para produzir hidrogênio.

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Última revisão: 15 de maio de 2019