Solare efficiente?

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New Reactor Paves the Way for Efficiently Producing Fuel from Sunlight
ScienceDaily (Jan. 19, 2011) — Using a common metal most famously found in self-cleaning ovens, Sossina Haile hopes to change our energy future. The metal is cerium oxide -- or ceria -- and it is the centerpiece of a promising new technology developed by Haile and her colleagues that concentrates solar energy and uses it to efficiently convert carbon dioxide and water into fuels.
Solar energy has long been touted as the solution to our energy woes, but while it is plentiful and free, it can't be bottled up and transported from sunny locations to the drearier -- but more energy-hungry -- parts of the world. The process developed by Haile -- a professor of materials science and chemical engineering at the California Institute of Technology (Caltech) -- and her colleagues could make that possible.
The researchers designed and built a two-foot-tall prototype reactor that has a quartz window and a cavity that absorbs concentrated sunlight. The concentrator works "like the magnifying glass you used as a kid" to focus the sun's rays, says Haile.
At the heart of the reactor is a cylindrical lining of ceria. Ceria -- a metal oxide that is commonly embedded in the walls of self-cleaning ovens, where it catalyzes reactions that decompose food and other stuck-on gunk -- propels the solar-driven reactions. The reactor takes advantage of ceria's ability to "exhale" oxygen from its crystalline framework at very high temperatures and then "inhale" oxygen back in at lower temperatures.
"What is special about the material is that it doesn't release all of the oxygen. That helps to leave the framework of the material intact as oxygen leaves," Haile explains. "When we cool it back down, the material's thermodynamically preferred state is to pull oxygen back into the structure."
Specifically, the inhaled oxygen is stripped off of carbon dioxide (CO2) and/or water (H2O) gas molecules that are pumped into the reactor, producing carbon monoxide (CO) and/or hydrogen gas (H2). H2 can be used to fuel hydrogen fuel cells; CO, combined with H2, can be used to create synthetic gas, or "syngas," which is the precursor to liquid hydrocarbon fuels. Adding other catalysts to the gas mixture, meanwhile, produces methane. And once the ceria is oxygenated to full capacity, it can be heated back up again, and the cycle can begin anew.
For all of this to work, the temperatures in the reactor have to be very high -- nearly 3,000 degrees Fahrenheit. At Caltech, Haile and her students achieved such temperatures using electrical furnaces. But for a real-world test, she says, "we needed to use photons, so we went to Switzerland." At the Paul Scherrer Institute's High-Flux Solar Simulator, the researchers and their collaborators -- led by Aldo Steinfeld of the institute's Solar Technology Laboratory -- installed the reactor on a large solar simulator capable of delivering the heat of 1,500 suns.
In experiments conducted last spring, Haile and her colleagues achieved the best rates for CO2 dissociation ever achieved, "by orders of magnitude," she says. The efficiency of the reactor was uncommonly high for CO2 splitting, in part, she says, "because we're using the whole solar spectrum, and not just particular wavelengths." And unlike in electrolysis, the rate is not limited by the low solubility of CO2 in water. Furthermore, Haile says, the high operating temperatures of the reactor mean that fast catalysis is possible, without the need for expensive and rare metal catalysts (cerium, in fact, is the most common of the rare earth metals -- about as abundant as copper).
In the short term, Haile and her colleagues plan to tinker with the ceria formulation so that the reaction temperature can be lowered, and to re-engineer the reactor, to improve its efficiency. Currently, the system harnesses less than 1% of the solar energy it receives, with most of the energy lost as heat through the reactor's walls or by re-radiation through the quartz window. "When we designed the reactor, we didn't do much to control these losses," says Haile. Thermodynamic modeling by lead author and former Caltech graduate student William Chueh suggests that efficiencies of 15% or higher are possible.
Ultimately, Haile says, the process could be adopted in large-scale energy plants, allowing solar-derived power to be reliably available during the day and night. The CO2 emitted by vehicles could be collected and converted to fuel, "but that is difficult," she says. A more realistic scenario might be to take the CO2 emissions from coal-powered electric plants and convert them to transportation fuels. "You'd effectively be using the carbon twice," Haile explains. Alternatively, she says, the reactor could be used in a "zero CO2 emissions" cycle: H2O and CO2 would be converted to methane, would fuel electricity-producing power plants that generate more CO2 and H2O, to keep the process going.
The work was funded by the National Science Foundation, the State of Minnesota Initiative for Renewable Energy and the Environment, and the Swiss National Science Foundation.

Davvero si sta muovendo qualcosa.
La fonte è generalmente autorevole.
New reactor paves the way for efficiently producing fuel from sunlight

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tradotto col traduttore incorporato di Chrome (e pesantemente corretto da me):


Nuovo reattore spiana la strada per una produzione efficiente di combustibile da luce solare
ScienceDaily (Gen 19, 2011) - Utilizzando un metallo comune, utilizzato nei forni autopulenti, Sossina Haile spera di cambiare il nostro futuro energetico. Il metallo è l'ossido di cerio - o ceria - ed è il fulcro di una nuova e promettente tecnologia sviluppata da Haile e dei suoi colleghi che concentra l'energia solare e la usa per convertire in modo efficiente il biossido di carbonio e acqua in combustibili.
L'energia solare è stata a lungo presentata come la soluzione ai nostri problemi energetici, ma mentre è abbondante e libero, non può essere imbottigliato e trasportato dalle posizioni soleggiate alle parti del mondo più povere di essa - ma più affamate di energia.
Il processo sviluppato da Haile - un professore di scienza dei materiali e ingegneria chimica presso il California Institute of Technology (Caltech) - ed i suoi colleghi potrebbe rendere possibile tutto ciò.
I ricercatori hanno progettato e costruito un prototipo di reattore di due metri di altezza che ha una finestra di quarzo e di una cavità che assorbe la luce solare concentrata. Il concentratore funziona " come la lente di ingrandimento che si usava da bambini" per mettere a fuoco i raggi del sole, dice Haile.
Al cuore del reattore è un rivestimento cilindrico di ceria. Ceria - un ossido di metallo che viene comunemente incorporato nelle pareti dei forni autopulenti, dove catalizza reazioni che si decompongono cibo e di altro, spinge le reazioni solari. Il reattore si avvale della capacità ceria di "espirare" ossigeno dal suo quadro cristallino a temperature molto alte e quindi "inalare" ossigeno a basse temperature.
"La particolarità del materiale è che non rilascia tutto l'ossigeno. E che, dopo il rilascio dell'ossigeno, la struttura del materiale rimane intatta", Haile spiega. "Quando lo raffreddiamo, la condizione termodinamica del materiale porta a riportare l'ossigeno dentro di sè" (??? non capisco ma così sembrerebbe ndg)
In particolare, l'ossigeno inalato è spogliato di anidride carbonica (CO2) e / o acqua (H2O), molecole di gas che vengono pompate nel reattore, che producono monossido di carbonio (CO) e / o gas di idrogeno (H2). H2 può essere utilizzato per alimentare celle a combustibile a idrogeno, CO, combinata con H2, può essere utilizzata per creare gas di sintesi o "syngas", che è il precursore di idrocarburi liquidi. L'aggiunta di altri catalizzatori per la miscela di gas, nel frattempo, produce metano. E una volta che la ceria è ossigenato a piena capacità, può essere riscaldata nuovamente, e il ciclo può ricominciare da capo.
Per tutto questo al lavoro, le temperature nel reattore deve essere molto alta - circa 3000 gradi Fahrenheit. Al Caltech, Haile ei suoi studenti raggiunto tali temperature in forni elettrici. Ma per un test del mondo reale, dice, "abbiamo bisogno di utilizzare i fotoni, così siamo andati in Svizzera." Al Paul Scherrer Institute's High-Flux Solar Simulator, i ricercatori ed i loro collaboratori - diretto da Aldo di Steinfeld dell'istituto Solar Technology Laboratory - il reattore è stato installato su un simulatore solare di grandi dimensioni in grado di trasmettere il calore di 1500 soli.
In esperimenti condotti la scorsa primavera, Haile ei suoi colleghi hanno realizzato le migliori tariffe per la dissociazione di CO2 mai raggiunto "di diversi ordini di grandezza," dice. L'efficienza del reattore era insolitamente alta per la divisione di CO2, in parte, dice, "perché stiamo usando l'intero spettro solare, e non solo particolari lunghezze d'onda." E a differenza di elettrolisi, il tasso non è limitato dalla bassa solubilità della CO2 in acqua. Inoltre, Haile dice, la alte temperature di funzionamento del reattore veloce significano che la catalisi è possibile, senza la necessità di costosi catalizzatori di terre rare (cerio, infatti, è il più comune dei metalli delle terre rare - abbondante quanto il rame ).
A breve termine, Haile ei suoi colleghi piano di armeggiare con la formulazione di ceria in modo che la temperatura di reazione possa essere abbassata, e di re-engineering del reattore, per migliorarne l'efficienza. Attualmente, il sistema sfrutta meno dell'1% dell'energia solare che riceve, con la maggior parte dell'energia persa come calore attraverso le pareti del reattore o da ri-radiazione attraverso la finestra di quarzo. "Quando abbiamo progettato il reattore, non abbiamo fatto molto per controllare queste perdite", dice Haile. La modellazione termodinamica di William Chueh, un autore ed ex studente laureato Caltech suggerisce che il miglioramento dell'efficienza del 15% o superiore è possibile.
In definitiva, Haile dice, il processo potrebbe essere adottato in impianti di energia su vasta scala, permettendo all'energia di derivazione solare di essere affidabile e disponibile durante il giorno e la notte. La CO2 emessa dai veicoli potrebbe essere raccolta e convertita in combustibile ", ma è difficile", dice. Uno scenario più realistico potrebbe essere quella di prendere le emissioni di CO2 prodotte dalle centrali elettriche alimentate a carbone e convertirla in carburanti per il trasporto. "Sarebbe estremamente efficace utilizzare il carbonio due volte", Haile spiega. In alternativa, dice, il reattore potrebbe essere utilizzato in un "zero emissioni di CO2" ciclo: H2O e CO2 sarebbe convertito al metano, avrebbe alimentato le centrali produttrici di energia elettrica che generano più CO2 e H2O, per mantenere il processo in corso.
Il lavoro è stato finanziato dalla National Science Foundation, lo Stato del Minnesota Iniziativa per le Energie Rinnovabili e l'Ambiente e la Swiss National Science Foundation.

[Grifo]

tradotto col traduttore incorporato di Chrome (e pesantemente corretto da me):


Nuovo reattore spiana la strada per una produzione efficiente di combustibile da luce solare
ScienceDaily (Gen 19, 2011) - Utilizzando un metallo comune, utilizzato nei forni autopulenti, Sossina Haile spera di cambiare il nostro futuro energetico. Il metallo è l'ossido di cerio - o ceria - ed è il fulcro di una nuova e promettente tecnologia sviluppata da Haile e dei suoi colleghi che concentra l'energia solare e la usa per convertire in modo efficiente il biossido di carbonio e acqua in combustibili.
L'energia solare è stata a lungo presentata come la soluzione ai nostri problemi energetici, ma mentre è abbondante e libero, non può essere imbottigliato e trasportato dalle posizioni soleggiate alle parti del mondo più povere di essa - ma più affamate di energia.
Il processo sviluppato da Haile - un professore di scienza dei materiali e ingegneria chimica presso il California Institute of Technology (Caltech) - ed i suoi colleghi potrebbe rendere possibile tutto ciò.
I ricercatori hanno progettato e costruito un prototipo di reattore di due metri di altezza che ha una finestra di quarzo e di una cavità che assorbe la luce solare concentrata. Il concentratore funziona " come la lente di ingrandimento che si usava da bambini" per mettere a fuoco i raggi del sole, dice Haile.
Al cuore del reattore è un rivestimento cilindrico di ceria. Ceria - un ossido di metallo che viene comunemente incorporato nelle pareti dei forni autopulenti, dove catalizza reazioni che si decompongono cibo e di altro, spinge le reazioni solari. Il reattore si avvale della capacità ceria di "espirare" ossigeno dal suo quadro cristallino a temperature molto alte e quindi "inalare" ossigeno a basse temperature.
"La particolarità del materiale è che non rilascia tutto l'ossigeno. E che, dopo il rilascio dell'ossigeno, la struttura del materiale rimane intatta", Haile spiega. "Quando lo raffreddiamo, la condizione termodinamica del materiale porta a riportare l'ossigeno dentro di sè" (??? non capisco ma così sembrerebbe ndg)
In particolare, l'ossigeno inalato è spogliato di anidride carbonica (CO2) e / o acqua (H2O), molecole di gas che vengono pompate nel reattore, che producono monossido di carbonio (CO) e / o gas di idrogeno (H2). H2 può essere utilizzato per alimentare celle a combustibile a idrogeno, CO, combinata con H2, può essere utilizzata per creare gas di sintesi o "syngas", che è il precursore di idrocarburi liquidi. L'aggiunta di altri catalizzatori per la miscela di gas, nel frattempo, produce metano. E una volta che la ceria è ossigenato a piena capacità, può essere riscaldata nuovamente, e il ciclo può ricominciare da capo.
Per tutto questo al lavoro, le temperature nel reattore deve essere molto alta - circa 3000 gradi Fahrenheit. Al Caltech, Haile ei suoi studenti raggiunto tali temperature in forni elettrici. Ma per un test del mondo reale, dice, "abbiamo bisogno di utilizzare i fotoni, così siamo andati in Svizzera." Al Paul Scherrer Institute's High-Flux Solar Simulator, i ricercatori ed i loro collaboratori - diretto da Aldo di Steinfeld dell'istituto Solar Technology Laboratory - il reattore è stato installato su un simulatore solare di grandi dimensioni in grado di trasmettere il calore di 1500 soli.
In esperimenti condotti la scorsa primavera, Haile ei suoi colleghi hanno realizzato le migliori tariffe per la dissociazione di CO2 mai raggiunto "di diversi ordini di grandezza," dice. L'efficienza del reattore era insolitamente alta per la divisione di CO2, in parte, dice, "perché stiamo usando l'intero spettro solare, e non solo particolari lunghezze d'onda." E a differenza di elettrolisi, il tasso non è limitato dalla bassa solubilità della CO2 in acqua. Inoltre, Haile dice, la alte temperature di funzionamento del reattore veloce significano che la catalisi è possibile, senza la necessità di costosi catalizzatori di terre rare (cerio, infatti, è il più comune dei metalli delle terre rare - abbondante quanto il rame ).
A breve termine, Haile ei suoi colleghi piano di armeggiare con la formulazione di ceria in modo che la temperatura di reazione possa essere abbassata, e di re-engineering del reattore, per migliorarne l'efficienza. Attualmente, il sistema sfrutta meno dell'1% dell'energia solare che riceve, con la maggior parte dell'energia persa come calore attraverso le pareti del reattore o da ri-radiazione attraverso la finestra di quarzo. "Quando abbiamo progettato il reattore, non abbiamo fatto molto per controllare queste perdite", dice Haile. La modellazione termodinamica di William Chueh, un autore ed ex studente laureato Caltech suggerisce che il miglioramento dell'efficienza del 15% o superiore è possibile.
In definitiva, Haile dice, il processo potrebbe essere adottato in impianti di energia su vasta scala, permettendo all'energia di derivazione solare di essere affidabile e disponibile durante il giorno e la notte. La CO2 emessa dai veicoli potrebbe essere raccolta e convertita in combustibile ", ma è difficile", dice. Uno scenario più realistico potrebbe essere quella di prendere le emissioni di CO2 prodotte dalle centrali elettriche alimentate a carbone e convertirla in carburanti per il trasporto. "Sarebbe estremamente efficace utilizzare il carbonio due volte", Haile spiega. In alternativa, dice, il reattore potrebbe essere utilizzato in un "zero emissioni di CO2" ciclo: H2O e CO2 sarebbe convertito al metano, avrebbe alimentato le centrali produttrici di energia elettrica che generano più CO2 e H2O, per mantenere il processo in corso.
Il lavoro è stato finanziato dalla National Science Foundation, lo Stato del Minnesota Iniziativa per le Energie Rinnovabili e l'Ambiente e la Swiss National Science Foundation.

E' interessante perchè sfrutta le proprietà fisiche di un materiale (ossido di cerio) che possono accompagnarsi al ciclo giorno/notte.

Certo, lavora agli estremi di un sistema solare, 1.500 soli (significa un rapporto di concentrazione di 1:1.500) e 3.000 gradi (e quindi non puoi di fatto usare metalli ma solo alcune ceramiche. Serve la parabola biassica di adeguata dimensione etc. etc.
Comunque tutti i sistemi solari per la produzione di idrogeno si basano su parabola biassica e alte temperature.