Soľ Zeme a svetlo sveta II

Autor: Michal Korenko | 21.8.2009 o 7:48 | Karma článku: 6,27 | Prečítané:  2716x

Ďalšie nekonvenčné využitie roztavených solí; solárna energia, polivové články, spracovanie nebezpečných odpadov.

TAVENINY A SOLÁRNA ENERGIA

Efektívne využitie solárnej energie je potenciálne najlacnejší obnoviteľný zdroj energie pre ľudstvo. Jedným z najväčších obmedzení pri výrobe elektrickej energie zo slnka, je neschopnosť systémov produkovať elektrický prúd v noci a počas oblačných dní. Toto obmedzenie sa dá obísť ak budeme schopný akumulovať solárnu energiu. Jedným zo spôsobov akumulácie energie je ju uskladniť napríklad vo forme roztavených solí. Ide o systém založený na veľkom množstve zrkadiel, ktoré sú nasmerované vždy do jedného ohniska na veži v ktorom sa nachádza nádoba s roztavenou zmesou dusičnanu sodného. Táto zmes sa po zahriatí tankuje do izolovaných tankov a tak uchováva teplo zo slnka. Zahriata taveninová zmes sa využíva na ohrievanie vodnej pary v parnom cykle výroby elektrickej energie. Tým, že táto zmes predstavuje v tomto systéme okrem teplo - transportného média aj akýsi rezervoár tepla, celé zariadenie je schopné kontinuálne produkovať elektrickú energiu vodne, v noci a aj počas oblačných a zatiahnutých dní. Takéto solárne elektrárne už v súčasnosti pracujú v Kalifornii. Spoločnosť United Technologies Corp., ktorá v kalifornii spustila takúto elektráreň uvádza výkon 500 MW, čo je porovnateľný s klasickými tepelnými elektrárňami na tuhé fosílne palivo, pravda s tým rozdielom, že solárne elektrárne neprodukujú skleníkové plyny ani iný toxický odpad a využívajú ako zdroj len solárnu energiu. Ich negatívny ekologický dopad a v podstate jediná nevýhoda je, že zaberajú relatívne veľké územia.

TAVENINY V PALIVOVÝCH ČLÁNKOCH

Palivový článok je elektrochemické zariadenie ktoré kontinuálne premieňa energetický efekt reakcie medzi palivom a oxidačným činidlom na elektrickú energiu. Palivové články nepodliehajú obmedzeniam Carnotovho cyklu, keďže takto definovaný koncept výroby elektrickej energie prebieha priamo, konverziou „chemickej energie"z primárneho zdroja, bez medzičlánku, ktorou by bola najskôr výroba tepla a potom jeho konverzia, tak ako je to v klasickom parnom cykle. Palivové články sa líšia od batérií tým že kontinuálne spotrebúvajú reaktanty (palivo a oxidačné činidlo), kým batérie len „uskladňujú" elektrickú energiu, ktorá je chemicky viazaná v uzavretom systéme. Kým batéria sa vybíjaním chemicky mení, palivové články sú síce dynamické katalytické systémy ale viac-menej stabilné.

V súčasnosti existuje obrovské množstvo možných kombinácií paliva a oxidačného činidla a elektrolytu. Od vodíka a kyslíka, cez uhľovodíky a alkohol, chlór a oxid chloričitý (ClO2) a tak ďalej až po napríklad uhlík a kyslík, alebo až po vysoko - teplotné palivové články na báze roztavených uhličitanov, alebo tuhých elektrolytov na báze ZrO4.

Výhodou vysoko - teplotných palivových článkov oproti článkom pracujúcim pri izbovej teplote je, že sa vo všeobecnosti u nich predpokladá vyššia rekčná kinetika reakcie spaľovania a zároveň  nižší ohmicky odpor elektrolytu, hlavne v spojitosti s aplikáciou výrazne vyššie vodivých vysoko - teplotných taveninových elektrolytov. Tieto spomenuté výhody dostatočne kompenzujú znižovanie elektromagnetického napätia reakcie so zvyšujúcou sa teplotou, čo je typický jav oxidačných procesov.

Aj keď prvé pokusy o zostrojenie palivových článkov na báze roztavených solí sa vyskytli už na sklonku 19. storočia, ich potenciál sa naplno ukázal až v 50. rokoch 20. storočia. Najsľubnejším konceptom palivového článku využívajúceho taveniny anorganických solí je palivový článok na báze roztavených uhličitanov (Obr. 8). Tento palivový článok môže spaľovať zemný plyn, vodík alebo oxid uhoľnatý, alebo obidva plyny spoločne vo forme syntézneho plynu. Elektrolyt pozostáva z roztavenej zmesi uhličitanov, ktorá je inkorporovaná v poréznej inertnej keramickej matrici, ktorá spája elektródy. Keramická matrica pozostáva z b - aluminy a tvorí akúsi membránu.

Výhodou tohto konceptu, okrem toho, že pracuje pri vysokých teplotách, je že nepotrebuje žiadny katalyzátor na báze drahých kovov. Ďalšou jeho výhodou je, že je pravdepodobne zo všetkých možných konceptov palivových článkov najmenej citlivý na nečistoty. To otvára možnosti jeho masového využitia pri priamej konverzii fosílnych palív na elektrickú energiu, keďže palivový článok môže byť spojený s jednotkou uhoľného splyňovania. Takýto systém je podobný tzv. paroplynovému cyklu, no s výrazne vyššou účinnosťou konverzie a s veľmi malým podielom emisií. Naopak, nevýhodou a naďalej pokračujúcou technologickou výzvou tohto konceptu sú otázky spojené s koróziou a kompatibilitov materiálov. V istom zmysle je to kardinálna otázka všetkých taveninových vysoko - teplotných procesov. Zatiaľ tieto palivové články dokážu pracovať len vo veľmi krátkych a obmedzených periódach bez zásahov a výmen konštrukčných materiálov, čo je stále príliš málo z hľadiska ich úspešnej komercionalizácie.

 MOLTEN SALT OXIDATION PROCESS

Z pohľadu záveru predchádzajúcej kapitoly je zaujímavé, že jeden zo spôsobov splyňovania tuhého fosílneho paliva, funguje na báze roztavených uhličitanov a je predmetom pomerne dlhotrvajúceho vedeckého a technologického záujmu (Molten Salt Oxidation Process). Roztavené zmesi uhličitanov alkalických kovov, roztavené nad teplotou topenia (900 - 1000 °C) môžu predstavovať katalytické fluidné reakčné prostredie, rozpúšťadlo a zároveň teplo - transportné médium v procese splyňovania tuhého uhlia. Týmto spôsobom sa môže uhlie pyrolyzovať bez tvorby asfaltov a olejov a ak sa do reakcie pridá aj vodná para pyrolýza prebieha úplne na oxid uhoľnatý (CO) a vodík a (H2). Ak použijeme vysoko - tlaký variant tejto pyrolýzy, hlavným výsledným produktom bude metán (CH4) a vyššie uhľovodíky. Produkovaná zmes oxidu uhoľnatého a vodíka sa môže použiť ako palivo napríklad vo vyššie popísanom palivovom článku na báze roztaveného uhličitanu, alebo ako syntézny plyn v organickej a farmaceutickej technológii. Z hľadiska diskutovanej tzv. vodíkovej ekonomiky, sa syntézny plyn môže priamo použiť prostredníctvom katalyzovanej reakcie s vodnou parou na výrobu vodíka.

H2(g) + CO(g) + H2O(g) ® H2(g) + CO2(g, ­)

Pričom sa oxid uhličitý (CO2) dá zo zmesi veľmi jednoducho odstrániť mnohými spôsobmi (napr. rekciou so zásadami za vzniku vo vode rozpustných zlúčenín, alebo adsorbciou na hydroxide sodnom, alebo vymrazením).

Veľmi zaujímavá verzia tohto procesu (MSO) je využitie tavenín anorganických solí na spracovanie komunálneho (Municipal Solid Wastes) a nebezpečného odpadu (MSO - Chemical Weapons). V polovici 50. rokov spoločnosť Rockwell, Inc. začala s intenzívnym testovaním tavenín anorganických solí pre proces deštrukčného spracovanie vojenských špeciálnych odpadov (výbušniny, traskaviny, horľaviny, jedy, nukleárne materiály). Proces bol nazvaný rovnako ako proces splyňovania uhlia (MSO - Molten Salt Oxidation Process), keďže základnou zložkou taveniny bol uhličitan sodný. Sodík v tejto zmesi hral kľúčovú rolu pri deštrukcii nebezpečných materiálov, ktoré často obsahujú molekuly na báze fluóru, síry a chlóru. Tieto molekuly pri klasickom spaľovaní odpadov tvoria radikály, ktoré môžu často reagovať za vzniku karcinogénnych látok, ako napríklad dioxíny. Ak sa takýto nebezpečný materiál ponorí na dostatočne dlhý čas do kúpeľa s roztaveným uhličitanom sodným, tak v porovnaní s konkurenčným spaľovaním, produktom takéhoto spracovania nebezpečných materiálov na báze síry a halových prvkov, budú stabilné a úplne bezpečné zlúčeniny ako napr. síran sodný (Na2SO4), ktorý sa používa ako prísada do kúpeľa, chlorid sodný (NaCl), teda kuchynská soľ, alebo fluorid sodný, jedna z ingrediencií zubných pást.

 

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

Vlhová sa dočkala aj na Slovensku. V Jasnej vyhrala obrovský slalom

Slovenská lyžiarka znížila stratu na Gutovú-Behramiovú.

AUTORSKÁ STRANA PETRY PROCHÁZKOVEJ

Ruský Fritzl je po sedemnástich rokoch voľný

A chce predať svoj príbeh. Ich príbeh.


Už ste čítali?