SPEAR (Solar Pyrolysis Energy Access Reactor): Theoretisches Design und Bewertung einer kostengünstigen Pyrolyseeinheit im Kleinformat für die Implementierung in ländlichen Gemeinschaften

Der Zugang zu Energie und das Abfallmanagement gehören zu den drängendsten Entwicklungs- und Umweltproblemen auf globaler Ebene, um die beschleunigten Auswirkungen des Klimawandels zu mildern. Sie sind insbesondere in Afrika südlich der Sahara relevant, wo die Elektrifizierungsraten deutlich unter den globalen Durchschnittswerten liegen und ländliche Gebiete keinen formellen Abfallwirtschaftssektor aufweisen. In diesem Papier wird das Potenzial untersucht, Solarenergie in eine Biomasse-Pyrolyseeinheit zu integrieren, als potenziell synergetische Lösung für beide Probleme. Das vollständige Design eines langsamen Pyrolyse-Batchreaktors, der auf die Produktion von Biokohle abzielt und nach einem strengen Kostenminimierungsansatz gestaltet ist, wird unter Berücksichtigung der relevanten Erwägungen präsentiert. SPEAR wird mithilfe eines Cassegrain-Optik-Parabolspiegelsystems betrieben, das über ein manuelles Nachverfolgesystem in den Reaktor integriert und optisch mit einer Monte-Carlo-Strahlverfolgungsmethodik optimiert wurde. Der verwendete.Designansatz hat zur Entwicklung eines insgesamt kosteneffizienten Systems geführt, das das Potenzial hat, optische Wirkungsgrade von bis zu 72 % bei einem Nachverfolgungsfehler von 1,5 ° zu erreichen. Die Ausgaben des Systems sind Biokohle und Elektrizität, die jeweils für die Bodenverbesserung und den Zugang zu Energie verwendet werden sollen. Es gibt Potenzial, eine Reihe von landwirtschaftlichen Abfallströmen für die Region zu pyrolysieren, wobei je nach verwendeter Biomasse mindestens 5 kg Biokohle pro Einheit und Tag produziert werden können. Die finanzielle Bewertung von SPEAR ergibt in nahezu allen bewerteten Szenarien einen positiven Nettobarwert (NPV) und eine angemessene Wettbewerbsfähigkeit mit solarenergetischen Kleinlösungen für Elektrifizierungsziele. Schließlich bietet SPEAR wichtige positive soziale und umweltfreundliche externe Effekte und sollte in der Region in naher Zukunft realistisch umsetzbar sein.