FUELREC II – Solar Receiver for the production of solar fuels from H2O, CO2, and CH4

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/502256

Key words (English)

Solar receiver, high-temperature, thermal radiation heat transfer, participating media, computational fluid dynamics, solar fuels, Sustainable Aviation Fuel SAF

Short description (German)

Das Schweizer Unternehmen Synhelion SA entwickelt derzeit einen innovativen Solarreceiver, der bei ultrahohen Temperaturen (1'000 °C-1'500 °C) arbeiten kann und für den Antrieb von Prozessen mit hohem Energiebedarf geeignet ist, wie z.B. thermochemische (z.B. Reformierung, Vergasung, thermochemische Zyklen) oder industrielle Prozesswärme (z.B. Zement-Pyroprozess). Im Gegensatz zu herkömmlichen kommerziellen Receivern, deren Betriebstemperatur derzeit unter 600 °C liegt, basiert das Funktionsprinzip der vorgeschlagenen Lösung, ähnlich wie beim Treibhauseffekt, auf der direkten Absorption von Wärmestrahlung durch ein gasförmiges Wärmeträgerfluid (HTF), nämlich Wasserdampf oder Kohlendioxid. Nach einer umfangreichen theoretischen Voruntersuchung wurde ein kleiner Receiver-Prototyp (200 kWth) gebaut und erfolgreich in der DLR-Synlight-Anlage (DE), dem weltweit größten Solarsimulator, getestet. Dabei zeigte sich nicht nur die Machbarkeit dieses innovativen Receiverkonzepts, sondern auch ein wesentlich höherer Energieumwandlungswirkungsgrad und eine höhere HTF-Austrittstemperatur im Vergleich zu herkömmlichen Solarreceivern. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Entwicklung des Receivers weiter voranzutreiben und dabei von den Erkenntnissen zu profitieren, die im Rahmen der beiden vorangegangenen vom BFE finanzierten Projekte (ReceiverSIM SI/501618-01 und FUELREC SI/501796-01) gewonnen wurden, insbesondere im Hinblick auf experimentelle Tests und Informationen, die durch das eigens entwickelte numerische Modell unter Verwendung eines CFD-Ansatzes (Computational Fluid Dynamics) gewonnen werden können, um den Entwurf eines vorkommerziellen 1-MW-Receiver-Prototyps zu erreichen.

Short description (English)

The Swiss company Synhelion SA is currently developing an innovative solar receiver, capable ofoperating at ultra-high temperature levels (1’000°C – 1’500°C), suitable to drive high energy demandprocesses such as thermochemical (e.g. reforming, gasification, thermochemical cycles) or industrialprocess heat (e.g., cement pyroprocessing). As opposed to conventional commercial receivers, whoseoperating temperature is currently lower than 600°C, the working principle of the proposed solution,similar to greenhouse effect, is based on the direct absorption of thermal radiation by a gaseous heattransfer fluid (HTF) namely water vapour or carbon dioxide.After an extensive preliminary theoretical analysis, a small-scale receiver prototype (200 kWth) wasconstructed and successfully tested at the DLR Synlight facility (DE), the world’s largest solar simulator,showing, not only the feasibility of this innovative receiver concept, but also a substantially higherenergy conversion efficiency and HTF outflow temperature with respect to state of the art solar receivers.This project aims at further advancing with the receiver development, taking advantage from theknowledge acquired during the two previous BFE-funded projects (ReceiverSIM SI/501618-01 and FUELREC SI/501796-01) especially in terms of both experimental tests and information that can beobtained through the purpose-developed numerical model exploiting a computational fluid dynamics(CFD) approach, to arrive at the design of a 1 MW pre-commercial scale receiver prototype.