Мини-реактор, работающий на солнечной энергии, который может синтезировать продукты для химии и медицины

minireactor.amsterdam.noel_Университет Амстердама представил мини-реактор, работающий на солнечной энергии, который может синтезировать продукты для химии и медицины, сообщает нидерландский университет. Проект осуществляется руководством профессора Тимоти Ноэля и его коллег из группы проточной химии Института молекулярных наук имени Ван т Хоффа при Амстердамском университете. Мини-реактор, работающий на солнечной энергии, может обеспечить производство высококачественных химических веществ в удаленных местах на Земле и, возможно, даже на Марсе. В статье, опубликованной в журнале ChemSusChem, команда представляет свою автономную фотохимическую систему. Аналогичные принципы применяются и к искусственным листьям.

Новая система, способная синтезировать лекарства и другие химические вещества в экономически значимых количествах, «прекрасно работает в изолированных условиях и позволяет децентрализовать производство высококачественных химических веществ», — говорит профессор Ноэль. Мини-электростанция основана на концепции фотохимии, когда солнечный свет напрямую используется для химического синтеза. «Мы используем фотокатализатор — химический вид, который приводит в движение синтез при освещении, — продолжает Ноэль. Обычно для подсветки используются мощные светодиоды или другие осветительные приборы. Но команда исследователей намеренно выбрала солнечный свет. Прежде всего, это делает синтез полностью устойчивым. Но он также обеспечивает автономную работу в удаленных местах. «Мы мечтаем, что наша система сможет работать на базе на Луне или на Марсе, где необходимы самодостаточные системы для обеспечения энергией, пищей и медициной».

Разработка мини-электростанции началась около пяти лет назад, когда исследовательская группа Ноэля — тогда она базировалась в Технологическом университете Эйндховена — разработала «солнечный концентратор». По сути, это прозрачная пластиковая пластина с каналами микрометрового размера, в которых происходит химический синтез. Добавив специальные красители, исследователи превратили пластик в солнечный проводник и преобразователь люминесценции. Он улавливает солнечный свет и направляет его в каналы, преобразуя при этом большую часть света в красные фотоны, которые приводят в движение химические реакции.

Следующим шагом было превращение концентратора в полнофункциональный проточный реактор. «Это означает, что мы прокачиваем реакционную смесь сырья и фотокатализатора по каналам, освещенным солнцем», — объясняет Ноэль. В этих каналах происходит желаемое химическое превращение. Ноэль продолжает объяснять, что, несмотря на крошечность каналов, такой «проточный реактор», безусловно, может дать соответствующие результаты, поскольку работает непрерывно от восхода до заката. Более того, — добавляет он, — использование каналов позволяет гораздо более эффективно соединить свет и химию, чем это возможно при использовании обычных поршневых реакторов».

Исследовательская группа Ноэля уже продемонстрировала концепцию реактора солнечного потока, синтезировав ряд молекул, имеющих медицинское значение. Прототип солнечного проточного реактора занимает площадь около 0,25 квадратных метров. Чтобы сделать его полностью автономным, исследователи оснастили его фотоэлементом, который обеспечивает электроэнергией вспомогательные устройства, такие как насосы и система управления. По словам Ноэля, он расположен за проточным реактором в штабельной конфигурации, что обеспечивает максимальную эффективность на квадратный сантиметр. Реактор использует более высокоэнергетические длины волн для приведения в действие фотокатализатора. Оставшиеся фотоны с длиной волны 600-1100 нм преобразуются в электроэнергию для питания вспомогательного оборудования.

Полностью автономный прототип также имеет отзывчивую систему управления, которая может оптимизировать химическое преобразование при различной интенсивности света. Если облако заслоняет солнце, химическая конверсия обычно очень быстро снижается», — говорит Ноэль. «Наша система способна вносить необходимые коррективы в режиме реального времени. Полевые испытания подтвердили, что она способна производить постоянное количество химикатов даже в дни со смешанным солнечным светом и облачным покровом. Испытания проводились в Нидерландах. Чтобы получить представление о возможностях глобального применения, было проведено сравнение с данными о солнечной активности в Норвегии (Северный мыс), Испании (Альмерия) и Австралии (Таунсвилл). Ноэль: «Даже на Северном мысе, где солнечная радиация относительно низкая, мы ожидаем получения удовлетворительных производственных показателей.

Исследователи также сравнили производительность прототипа с производственными показателями известного фотохимического синтеза оксида розы. Этот продукт для парфюмерной промышленности производится в промышленных масштабах фотохимическим способом, поскольку он чище и эффективнее традиционного химического синтеза. Исследователи подсчитали, что их система требует поразительно малой площади для удовлетворения текущего годового спроса — достаточно всего 150 м2. Ноэль: «Это просто крыша завода, полная наших мини-заводов! Стоимость системы будет аналогична существующим коммерческим системам фотосинтеза. Но нам нужна только солнечная энергия, поэтому затрат на энергию нет. Таким образом, это действительно может стать устойчивой стратегией для будущего производства химических веществ, таких как оксид розы, или фармацевтических препаратов.

Ноэль считает, что результаты исследований его группы опровергают любое скептическое отношение к потенциалу химических технологий на солнечной энергии: «Мы показываем, что возможности для производства химических веществ на солнечной энергии есть и здесь, в Нидерландах. Для этого не обязательно ехать в Катар. Кроме того, система может быть использована в неожиданных местах. Можно даже покрыть фасад здания. Конечно, в этом случае мощность будет ниже, чем если бы система была расположена под оптимальным углом к солнцу. Но это определенно возможно — и как было бы здорово, если бы стены делали химикаты».

Источник: https://www.solarserver.de/2021/10/22/solarer-photoreaktor-fuer-chemie-und-medizin/

Контакты

ул. Малая Морская, 108, офис 414, Торговый Центр "КИТ", г.Николаев, Украина
+38 (067) 512 33 83
info@sunnik.com.ua
sunnik
sunnik