Ученые из Стэнфордского университета разработали инновационный термохимический реактор, способный производить огромное количество тепла, необходимого для промышленных процессов, без сжигания ископаемого топлива. Вместо этого он работает на электричестве, обеспечивая эффективную и более экологичную альтернативу традиционным реакторам. Новый реактор, работающий на основе индукционного нагрева, обладает рядом преимуществ: его конструкция более компактна, экономична и требует меньше затрат на эксплуатацию по сравнению с устаревшими аналогами, работающими на ископаемом топливе.
Классические термохимические реакторы, применяемые в промышленности, обычно используют ископаемое топливо для нагрева теплоносителя, который затем передает тепло через трубки внутри реактора. Такой процесс напоминает принцип работы котла с радиатором, но при гораздо более высоких температурах и с более качественной теплоизоляцией. Однако это требует значительных энергетических затрат, а также создает множество путей для потерь тепла и выбросов, что снижает эффективность и наносит ущерб экологии.
В отличие от этого, новый электрифицированный реактор работает на основе индукционного нагрева, процесса, который широко используется в индукционных плитах и печах. Индукция создает тепло прямо внутри реактора за счет взаимодействия электрических токов и магнитных полей, что значительно снижает тепловые потери. Например, стальной стержень можно индуктивно нагреть, обернув его проволокой и подав на неё переменный ток. Возникающее магнитное поле заставляет внутри стержня течь индуцированный ток, который из-за сопротивления материала преобразуется в тепло. Таким образом, весь объем нагревается одновременно, а не с поверхности внутрь, как в традиционных системах.
Новая конструкция реактора разработана с использованием передовой электроники, созданной доцентом кафедры электротехники Хуаном Ривасом-Давилой. Внутри реактора расположена трехмерная решетка из плохо проводящего керамического материала, которая поддерживает высокую эффективность индукционного нагрева. Специальная структура решетки и материал обеспечивают низкую электропроводность, а пустоты внутри могут быть заполнены катализаторами, которые активизируют химические реакции. Такая комбинация позволяет реактору передавать тепло еще более эффективно и делает его в несколько раз компактнее традиционных реакторов.
В ходе испытаний реактор использовали для проведения реакции конверсии водяного газа. Этот процесс с участием нового катализатора, разработанного профессором химии Мэтью Каннаном, позволяет преобразовывать захваченный углекислый газ в газообразное топливо. Реакция требует высоких температур, но новая технология с эффективностью более 85% смогла преобразовать практически всю затрачиваемую электроэнергию в полезное тепло, что подчеркивает её потенциал в создании экологически чистого топлива.
Исследователи продолжают работать над масштабированием технологии и её адаптацией для различных отраслей промышленности, включая улавливание углекислого газа и производство цемента. Команда также ведет сотрудничество с промышленными партнерами в нефтегазовой отрасли, чтобы интегрировать новые реакторы в существующие производственные процессы. В настоящее время ученые проводят экономический анализ, чтобы определить, насколько перспективна технология для массового применения и какие шаги необходимы для её доступности и повсеместного внедрения.
Этот проект — шаг к глобальному устойчивому будущему, где энергия будет использоваться с максимальной эффективностью, а выбросы углерода будут значительно сокращены.