В 2017 году исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции представили инновационную систему хранения солнечной энергии в жидком виде. Технология MOST (Molecular Solar Thermal Energy Storage Systems) основана на разработанной молекуле, меняющей форму под воздействием солнечного света. Энергию можно хранить таким образом в течение 18 лет. Авторы концепции теперь демонстрируют, что технология может использоваться для выработки электроэнергии.
MOST – это замкнутая энергетическая система, основанная на молекуле из углерода, водорода и азота. Ее конструкцией предусмотрено изменение под действием солнечного света: она принимает более энергичную конформацию (перестройка атомов). Такой изомер можно хранить в жидком виде и использовать позже (например, ночью или зимой). Катализатор высвобождает накопленную энергию в виде тепла, возвращая молекулу к исходной форме.
Учёным удалось улучшить систему и достичь высокой производительности: энергия таким образом хранится 18 лет. Вместе с исследователями из Шанхайского университета Цзяо Тун демонстрируется, что система хранения может быть соединена с термоэлектрическим генератором для производства электроэнергии по запросу. Мы можем применять солнечную энергию для получения электроэнергии вне зависимости от погодных условий, времени дня, времени года и местоположения. Руководитель исследования Каспер Мот-Поулсен, профессор кафедры химии и химического машиностроения Университета Чалмерса, так говорит.
Оптимизация использования солнечной энергии
Ультратонкий чип-генератор может использоваться в портативных электронных устройствах, таких как наушники, умные часы и телефоны. Такая энергетическая система привлекательна из-за автономности – потенциально устройства могут быть самозаряжающимися – и отсутствия вредных выбросов. Это замкнутая система, способная функционировать без выделения углекислого газа. «, — сказал Мот-Поулсен.
Эта технология может помочь в поиске энергетических решений для снижения или ограничения роста глобальной температуры. К 2040 году общее мировое потребление энергии во всех секторах достигнет 21 ТВт. Сегодня 85% производимой электроэнергии генерируется за счет ископаемого топлива, поэтому остро стоит вопрос поиска источников энергии с меньшим выбросом парниковых газов.
Атомная энергия – это источник с малыми выбросами углекислого газа, но для ее получения нужны сложные и дорогие установки. Гидроэнергетика, а также солнечная и ветровая энергетика ограничены географически, их производительность меняется в зависимости от времени года или суток. Солнечная энергия – самый богатый ресурс на Земле, поэтому ее оптимизация может удовлетворить растущий спрос на энергию, снижая негативное воздействие на окружающую среду. Например, по оценкам, 2,3 × 104По всей поверхности Земли ежегодно поставляется такое же количество солнечной энергии, которое можно получить за семь часов непрерывного солнечного света, достаточного для покрытия всех мировых энергетических нужд. «, — говорит команда.
Современные фотоэлектрические элементы преобразуют солнечную энергию в электрическую с КПД до 30%, но большая часть энергии теряется как тепло. Разработанное устройство призвано эффективно использовать и хранить солнечную энергию, особенно тепловую.
Первое непрерывное производство электроэнергии
Система основана на материалах, использующих солнечный свет с помощью обратимых фотохимических реакций. Было установлено, что до 21% солнечной энергии MOST могут хранить в виде химической энергии для получения тепла. — говорят исследователи, — преимущество термоэлектрического генератора для производства электроэнергии в том, что преобразование тепла происходит напрямую, в то время как в традиционных системах это преобразование осуществляется в два этапа: от тепла к механической энергии и затем к электрической энергии.
Большинство систем функционируют и в жидком, и в пленкообразном виде. Жидкая форма позволяет транспортировать энергию, накопив ее в одном месте и высвободив в другом; пленочный вид находит применение в «умных» окнах и других сферах. Ученые проверили свою систему в обеих формах совместно с ультратонким термоэлектрическим генератором толщиной несколько микрометров. При комнатной температуре оба устройства сохраняли солнечную энергию более месяца.
Команда заявляет о выходной мощности до 0,1 нВт (до 1,3 Вт/м³) как доказательство концепции, что является сравнительно низким показателем. Впервые устройство непрерывно генерировало электричество более 25 минут. «Ранее мы производили небольшое количество электроэнергии, но новые результаты показывают работоспособность концепции. Это выглядит многообещающе», — сказал Чжихан Ванг, исследователь из Университета Чалмерса и первый автор работы. , представившего устройство.
Несмотря на большие перспективы технологии, она не будет использоваться для питания нашей техники или обогрева домов! Производимая системой MOST энергия должна соответствовать потребностям.
Важно разработать устройство в больших масштабах и с меньшими расходами, чтобы технология стала доступной.