Combustible solar
Un combustible solar és un combustible químic sintètic produït a partir d'energia solar. Els combustibles solars poden ser produïts a través de reaccions fotoquímiques, fotobiològiques (ej., fotosíntesis artificial), termoquímicas (ej., a través de l'us de calor solar suministrada per energia solar tèrmica concentrada per a conduir a una reacció química), i electroquímiques.[1][2][3][4] La llum és usada com una font d'energia, en l'energia solar sent transducida a energia química, típicament en reduir protones a hidrogen, o diòxit de carbono a composts orgànics.
Un combustible solar pot ser produït i almagasenat per a us posterior, quan el sol no està disponible, fent-ho una alternativa als combustibles fòssils. Diverses fotocatálisis estan sent desenrollades per a portar a terme estes reaccions en una manera sostenible, i respectuosa en el mig ambient.[5]
Visió general
La dependència mundial cap a les decreixents reserves de combustibles fòssils representen no solament problemes migambientals sino també geopolítics.[6] Els combustibles solars, en particular l'hidrogen, són vists com una font alternativa d'energia per a reemplaçar als combustibles fòssils especialment a on els depòsits són essencials. l'electricitat pot ser produïda directament de la llum solar a través de conversió fotovoltaica, pero esta forma d'energia és ineficiente per a almagasenar en comparació a l'hidrogen.[5] Un combustible solar pot ser produït quan i a on la llum solar està disponible, i almagasenat i transportat per a us posterior.
Els més àmpliament investigats combustibles solars són l'hidrogen i els productes de reducció fotoquímica del diòxit de carbono.
Els combustibles solars poden ser produïts via processos directes o indirectes. Els processos directes aprofiten l'energia del sol per a produir combustible sense conversió intermediàries d'energia . En contrast, els processos indirectes convertixen a l'energia solar en una atra forma d'energia primer (tals com la biomassa o l'electricitat) para després usar-la en la producció d'un combustible. Els processos indirectes han segut més fàcils d'implementar pero tenen la desventaja de ser menys eficients que, per eixemple, la separació de l'aigua per a la producció d'hidrogen, ya que es desperdicia l'energia en conversió intermediàries.[5]
Producció d'hidrogen
Fotoquímica
En un procés fotoquímic solar, l'hidrogen pot ser produït via electrólisis. Per a utilisar la llum solar en este procés, una cela fotoelectroquímica pot ser utilisada, a on un electrodo fotosensibilizador convertix la llum en una corrent elèctrica que després és utilisada per a descompondre l'aigua. Un d'aquells tipos de cela és la cela solar sensibilisada per colorant.[7] Est és un procés indirecte, que produïx electricitat que és despuix usada per a formar hidrogen. L'atre important procés indirecte que utilisa la llum solar és la conversió de la biomassa a biocombustible utilisant organismes fotosintéticos; no obstant, la major part de l'energia recolectada per la fotosíntesis és usada en processos que sostenen la vida i per tant fòra de consideració per a usos energètics.[5]
Un procés directe pot utilisar un catalisador que reduïx els protones a hidrogen molecular sobre els electrons d'un fotosensibilisador excitat. Varis d'estos catalisadors han segut desenrollats com proves de concepte, pero encara no lo suficientment desenrollats per a us comercial; no obstant, la seua simplicitat relativa dona la ventaja d'un potencial cost més baix i eficiència millorada en la conversió d'energia.[5][8] Una de tals prova de concepte és la "full artificial" desenrollada per D. Nocera i els seus colaboradors: una combinació de catalisadors basats en òxits metàlics i una cela solar semiconductora que produïx hidrogen a través de l'allumenament, en lo que l'oxigen és l'únic subproducte.[9]
L'hidrogen també pot ser produït per alguns microorganismes fotosintéticos (microalgas i cianobacterias) utilisant fotobiorreactores. Alguns d'estos organismes produïxen hidrogen en canviar les condicions de cultive; per eixemple, Chlamydomonas reinhardtii produïx hidrogen anaeróbicamente baix condicions de deprivación de sofre, açò és, quan les cèlules són traslladades d'un mig de creiximent a un atre que no conté sofre, i es cultiven sense accés a oxigen atmosfèric.[10] Una atra aproximació es va realisar en abolir l'activitat de l'enzima hidrogenasa oxidant d'hidrogen (captació) en la cianobacteria diazótrofa Nostoc punctiforme, de modo que no consuma l'hidrogen que és naturalment produït per l'enzima nitrogenasa en condicions que fixen nitrogen.[11] Esta cianobacteria N. punctiforme mutante podria llavors produir hidrogen quan és allumenada en llum visible.
Termoquímica
En el procés termoquímico[12] solar, l'aigua es dividix en hidrogen i oxigen utilisant calor solar directa, més que electricitat, dins d'un reactor solar d'alta temperatura.[13] el qual un fluix solar altament concentrat d'un camp de heliostatos que enfoquen llum solar altament concentrada en el reactor. En un procés que típicament utilisa òxit de ceri com a reactiu, el primer pas és convertir el CeO2 a CeO a més de 1400 °C. Despuix del pas de reducció tèrmic per a reduir l'òxit de metal, l'hidrogen és llavors produït a través de hidrólisis a entorn 800 °C. Ya que la fabricació de l'hidrogen requerix rendiment continu, el procés termoquímico solar inclou l'almagasenament d'energia tèrmica.[14][15] Un atre método termoquímico utilisa el reformat solar del metà, un procés que replica el procés tradicional de reformat de combustibles fòssils pero substituït en part en la calor solar.[16]
Referències
- ↑ «Sunshine to Petrol». Sandia National Laboratories. Archivat des d'el original, el 19 de febrer de 2013. Consultat el 2013-04-11.
- ↑ «Integrated Solar Thermochemical Reaction System». U.S. Department of Energy. Consultat el 2013-04-11.
- ↑ «[1]». Consultat el 2013-04-11.
- ↑ Solar Fuels and Artificial Photosynthesis, Nobel Laureate Professor Alan Heeger, RSC 2012
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 «Artificial photosynthesis for solar fuels».Faraday Discussions.155(Advance Article)
- 357–376.doi:10.1039/C1FD00113B.Consultat el 22 de novembre de 2020.
- ↑ «Artificial Photosynthesis and Solar Fuels».Accounts of Chemical Research.42(12)
- 1859–1860.doi:10.1021/ar900267k.Consultat el 2012-01-26.
- ↑ «Artificial photosynthesis: biomimetic approaches to solar energy conversion and storage».Current Opinion in Biotechnology.21(3)
- 298–310.doi:10.1016/j.copbio.2010.03.021.
- ↑ «Artificial Photosynthesis: From Molecular Catalysts for Light-driven Water Splitting to Photoelectrochemical Cells».Photochemistry and Photobiology.87(5)
- 946–964.doi:10.1111/j.1751-1097.2011.00966.x.
- ↑ «Wireless Solar Water Splitting Using Silicon-Based Semiconductors and Earth-Abundant Catalysts».Science.334(6056)
- 645–648.doi:10.1126/science.1209816.
- ↑ «Sustained hydrogen photoproduction by Chlamydomonas reinhardtii: Effects of culture parameters».Biotechnology and Bioengineering.78(7)
- 731–740.doi:10.1002/bit.10254.
- ↑ «A hydrogen-producing, hydrogenase-free mutant strain of Nostoc punctiforme ATCC 29133».International Journal of Hydrogen Energy.27(11–12)
- 1291–1296.doi:10.1016/S0360-3199(02)00121-0.
- ↑ Steinfeld, Aldo (2005). «Solar Thermochemical Production of Hydrogen», Solar thermochemical production of hydrogen—A review, pp. 421–443.
- ↑ «Fabrication and testing of CONTISOL: A new receiver-reactor for day and night solar thermochemistry». SolarPACES.
- ↑ (2006).«Thermochemical hydrogen production from a two-step solar-driven water-splitting cycle based on cerium oxides».Solar Energy.80(12)
- 1611–1623.doi:10.1016/j.solener.2005.12.005.
- ↑ «How CSP's Thermal Energy Storage Works». SolarPACES.
- ↑ «Solar Reforming of Natural Gas». University of Adelaide.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Combustible solar» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.