Stanford Mühendislik’teki araştırmacıların, fosil yakıtlar kullanmak yerine elektrikli reaktörün kullanılmasının endüstriyel süreçler için gereken muazzam ısıyı üretebilecek yeni bir termokimyasal reaktör geliştirdi.
Şu anda ABD’deki endüstriyel süreçler ülkedeki karbondioksit emisyonlarının üçte birini oluşturmaktadır. Bu rakam binek araçlar, kamyonlar ve uçaklardan kaynaklanan yıllık emisyonların toplamından bile daha fazla demektir.
Bu sektörün karbondan tamamıyla arındırılması, gelecekteki iklimimiz üzerindeki etkilerin azaltılmasında zorlu ama hayati bir adım olacaktır.
Stanford Mühendislik’teki araştırmacılar, fosil yakıtların yakılması yerine elektrik kullanarak birçok endüstriyel işlem için gerekli olan muazzam miktarda ısıyı üretebilen, yeni bir termokimyasal reaktör türü tasarladı ve tanıtıma sundu.
19 Ağustos’ta yayınlanan tasarım aynı zamanda mevcut fosil yakıt teknolojisinden daha küçük ve daha ucuz ve daha verimli olduğu da belirtildi.
Termokimyasal süreçler için ideal ısıtma ve ısı transferi özelliklerine sahip elektrikli ve ölçeklenebilir bir reaksiyon alt yapısına sahip olan bu tasarım, esasen reaktör performansının fiziksel sınırlarına kadar zorlamaktadır. Bu tarz bir güç için yeşil elektrik kullanımı tercih edilmektedir.
Endüksiyon ile Isıtma
Standart termokimyasal reaktörlerin çoğu, bir sıvıyı ısıtmak için fosil yakıtları yakarak çalışır ve bu sıvı daha sonra reaktördeki borulara akar. Eski bir evdeki dökme devir radyatörlere gönderen sıcak bir kazan gibi, ancak daha iyi yalıtımla ve çok daha yüksek sıcaklıklarda. Bu oldukça büyük miktarda bir altyapı ve ısı dolaşımı için alan gerektirir.
Yeni elektrikli reaktör ise ısı üretmek için manyetik endüksiyonu kullanılmaktadır. İndüksiyonlu sobalarda kullanılan işlem ile aynıdır. Isıyı borularla taşımak yerine, indüksiyonla ısıtarak, elektrik akımları ve manyetik alanlar arasındaki etkileşimlerden yararlanarak reaktörün içinde ısı yaratır.
Örneğin bir çelik çubuğu indüktif olarak ısıtmak istiyorsanız, etrafına bir tel sarabilir ve bobinden alternatif bir akım geçirebilirsiniz. Bu akımlar salınımlı bir manyetik alan yaratır ve bu da çelikte bir akım indükler.
Çelik mükemmel bir elektrik iletkeni olmadığından, bu akımın bir kısmı ısıya dönüşür. Bu yöntem, dışarıdan içeriye doğru ısı oluşturmak yerine, tüm çelik parçasını aynı anda etkili bir şekilde ısıtır.
Kimya endüstrisi için indüksiyonlu ısıtmayı uyarlamak sadece ısıyı yükseltmek kadar kolay değildir. Endüstriyel reaktörlerin ısıyı üç boyutlu bir alanda eşit olarak oluşturması ve dağıtması ve ortalama bir set üstü ocaktan çok daha verimli olması gerekir. Araştırmacılar, özellikle kötü elektrik iletkenleri olan reaktör malzemeleri ile birlikte çok hızlı değişen yüksek frekanslı akımlar kullanarak verimliliklerini en üst düzeye çıkarabileceklerini fark ettiler.
Araştırmacılar, ihtiyaç duydukları akımları üretmek için yeni, yüksek verimli elektronikler kullandılar. Daha sonra bu akımları, reaktörlerinin çekirdeğinde zayıf iletken bir seramik malzemeden yapılmış üç boyutlu bir kafesi endüktif olarak ısıtmak için kullandılar. Kafesin yapısı en az malzemenin kendisi kadar önemlidir.
Çünkü kafes boşlukları elektrik iletkenliğini yapay olarak daha da düşürmektedir. Bu boşluklar, kimyasal reaksiyonları başlatmak için ısıtılması gereken malzemeler olan katalizörlerle doldurulabilir. Bu da ısı transferini daha da verimli hale getiriyor ve elektrikli reaktörün geleneksel fosil yakıt reaktörlerinden çok daha küçük olabileceği anlamına gelmektedir.
Katalizörün hemen yanındaki geniş yüzeyli alanlı bir yapı ısıtılırsa, üretilen ısı kimyasalları reaksiyonları yönlendirmek için katalizöre çok hızlı bir şekilde ulaşmaktadır. Basitleştirilen bu yöntem ile ısı başka bir yerden transfer edilmesi gerekmiyor ve yol boyunca ısının bir kısmı kaybolmaktadır.
Reaktöre giren herhangi bir boru olmadığından dolayı, tamamen yalıtılabilmektedir. Bu yöntem ile enerji tasarrufu ve maliyeti açısından da ideal bir tercih olmaktadır.
Elektrikli Endüstri
Araştırmacılar, yeni bir sürdürülebilir katalizör kullanarak ters su gazı kaydırma reaksiyonu adı verilen kimyasal bir reaksiyona güç sağlamak için kullanıldı. Yüksek ısı gerektiren bu reaksiyon, yakalanan karbondioksiti sürdürülebilir yakıtlar oluşturmak için kullanılabilecek değerli bir gaza dönüştürebilmektedir.
Kavram kanıtlama gösterisinde, reaktör %85’in üzerinde verimli olmuştur, bu da neredeyse tüm elektrik enerjisini kullanılabilir ısıya dönüştürdüğünü göstermektedir.
Reaktör aynı zamanda kimyasal reaksiyonu kolaylaştırmak için ideal koşulları da ortaya koymuştur. Karbondioksit teorik olarak öngörülen oranda kullanılabilir gaza dönüştürülmüştür ki bu durum yeni reaktör tasarımlarında genellikle söz konusu değildi.
Bu reaktörler daha da büyütüldüğünde veya daha da yüksek sıcaklıklarda çalıştırıldığında daha verimli bir hale gelmektedir. Bu atılan adımlar ile baştan yaratılan bir düzenek yaratmak yerine eldeki daha iyi bir performans yaratılmaktadır.
Yeni reaktör teknolojilerinin büyütülmesi ve potansiyel uygulamalarının genişletilmesi için çalışmalara başlanılmıştır. Aynı fikirler, karbondioksiti yakalamak ve çimentoyu üretmek için reaktörler tasarlamak üzere uyarlanmakta ve bu şirketlerin bu teknolojiyi benimsemek için neye ihtiyaç duyacaklarını anlamak için petrol ve gaz endüstrilerindeki, endüstriyel ortaklarla birlikte çalışılmaktadır.
Ayrıca, sistem çapında sürdürülebilir çözümlerin neye benzeyeceğini ve bunların nasıl daha uygun maliyetli hale getirilebileceğini anlamak için de ekonomik analizler yapılmaktadır.
Elektrifikasyon ile, altyapıyı yeniden keşfetmeye, mevcut darboğazları aşmaya ve bu reaktörleri karbonsuzlaştırmanın yanı sıra küçültme ve basitleştirme fırsatı yaratmaktadır. Endüstriyel karbonsuzlaştırma ile yeni, sistem düzeyinde yaklaşımlar gerektirecektir. Bu atılan adımlar ile de daha yeni başlanıldığı da söylenilebilir.
