Inženjeri MIT-a namjeravaju proizvesti potpuno zeleno vodikovo gorivo bez korištenja ugljika. Da bi im to uspjelo osmislili su novi sustav reaktora poput vlaka koji pokreće isključivo sunce. U studiji koju objavljuje Solar Energy Journal oni su izložili konceptualni dizajn sustava koji može učinkovito proizvoditi "solarni termokemijski vodik" (STCH). Sustav koristi sunčevu toplinu za izravno razdvajanje vode i stvaranje vodika — čistog goriva koje može pokretati kamione, brodove i avione na dugim relacijama, a pritom ne ispušta stakleničke plinove.

Sa sedam na 40 posto

STCH se potpuno oslanja na obnovljivu solarnu energiju za pokretanje proizvodnje vodika. Problem je bio u tome što su postojeći STCH dizajni imali ograničenu učinkovitost: samo oko 7 posto dolazne sunčeve svjetlosti koristi se za proizvodnju vodika. Dakle, imali su niske prinose uz visoke troškove. MIT-ovo rješenje moglo bi iskoristiti do 40 posto sunčeve topline za stvaranje toliko više vodika. 

Ovaj sustav bi bio uparen s postojećim izvorom solarne topline kao što je koncentrirana solarna elektrana (CSP), kružni niz stotina zrcala koja skupljaju i reflektiraju sunčevu svjetlost do središnjeg prijemnog tornja. STCH sustav tada apsorbira toplinu prijemnika i usmjerava ga na razdvajanje vode i proizvodnju vodika. Ovaj se proces uvelike razlikuje od elektrolize, koja za razdvajanje vode umjesto topline koristi električnu energiju.

Termokemijska reakcija u dva koraka

U središtu konceptualnog STCH sustava je termokemijska reakcija u dva koraka. U prvom koraku voda u obliku pare izlaže se metalu. To uzrokuje da metal grabi kisik iz pare, ostavljajući vodik za sobom. Ova "oksidacija" metala slična je hrđanju željeza u prisutnosti vode, ali se događa mnogo brže. Nakon što je vodik odvojen, oksidirani metal ponovno se zagrijava u vakuumu, što djeluje na preokret procesa hrđanja i regeneraciju metala. Uz uklanjanje kisika, metal se može ohladiti i ponovno izložiti pari kako bi se proizvelo više vodika. Ovaj proces se može ponoviti stotine puta.

MIT sustav dizajniran je za optimizaciju ovog procesa. Sustav kao cjelina nalikuje vlaku reaktora u obliku kutije koji se kreću po kružnoj tračnici. U praksi, ova bi trasa bila postavljena oko izvora solarne topline kao što je CSP toranj. Svaki reaktor u vlaku sadržavao bi metal podvrgnut redoks procesu ili procesu reverzibilnog hrđanja.

Izvlačenje kisika iz metala

Svaki bi reaktor prvo prošao kroz vruću stanicu, gdje bi bio izložen sunčevoj toplini na temperaturama do 1500 Celzijevih stupnjeva. Ova ekstremna vrućina bi učinkovito izvukla kisik iz metala reaktora. Taj bi metal tada bio u "reduciranom" stanju, spreman za preuzimanje kisika iz pare. Da bi se to dogodilo, reaktor bi se preselio u hladniju stanicu na temperature oko 1000 C, gdje bi bio izložen pari za proizvodnju vodika.

Kako bi se povratila većina topline koja bi inače pobjegla iz sustava, reaktorima na suprotnim stranama kružne staze dopušteno je izmjenjivati ​​toplinu kroz toplinsko zračenje. Vrući reaktori se hlade dok se hladni zagrijavaju, što zadržava toplinu unutar sustava. 
Istraživači su dodali i drugi set reaktora koji bi kružili oko prvog vlaka, krećući se u suprotnom smjeru.

Vlakovi reaktora

Ovaj vanjski niz reaktora radio bi na nižim temperaturama i koristio bi se za evakuaciju kisika iz toplijeg unutarnjeg niza, bez potrebe za mehaničkim crpkama koje troše energiju. Dok kruže, vanjski reaktori bi apsorbirali kisik iz unutarnjih reaktora, učinkovito uklanjajući hrđu s originalnog metala, bez potrebe za korištenjem energetski intenzivnih vakuumskih crpki. Oba niza reaktora radila bi neprekidno i proizvodila bi odvojene struje čistog vodika i kisika.

"Kad bi se u potpunosti implementirao, ovaj bi sustav bio smješten u maloj zgradi usred solarnog polja", objašnjavaju istraživači. "Unutar zgrade mogao bi biti jedan ili više vlakova od kojih svaki ima oko 50 reaktora. To bi ovo mogao biti modularni sustav u kojem možete dodavati reaktore na pokretnu traku kako biste povećali proizvodnju vodika."