Didžiausi švarios energijos pažanga 2016 m

2016 m. švari energija padarė didelę pažangą. Paryžiaus klimato susitarimai įsigaliojo , saulės instaliacijų kaina toliau mažėjo , investicijos į atsinaujinančią energiją pakilo , Jungtinėse Valstijose pagaliau pradėjo veikti jūros vėjas, o mokslininkai padarė daugybę techninių pažangų, kurios žada, kad tvari energija taps vis efektyvesnė ir įperkama.

Pastarasis yra labai svarbus, nes išradimas vis dar yra patikimiausias būdas išvengti didžiausio klimato kaitos poveikio. Šiuolaikinės komerciškai prieinamos atsinaujinančios energijos technologijos negali patenkinti visų pasaulio energijos poreikių, net jei jos yra agresyviai padidintos. Remiantis išsamia Nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos analize, iki 2050 m. Jungtinėms Valstijoms pritrūks apie 20 procentų. Tuo tarpu JT Tarpvyriausybinė klimato kaitos komisija padarė išvadą pasaulis iki amžiaus vidurio turi sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą net 70 procentų, o iki 2100 m. – iki beveik nulio, kad būtų išvengta atšilimo lygio, kuris galėtų užtikrinti skęstančius miestus, masinį išnykimą ir plačiai paplitusias sausras.

Taigi mums reikia veiksmingesnių atsinaujinančių energijos šaltinių, pigesnių saugyklų, pažangesnių tinklų ir veiksmingų šiltnamio efektą sukeliančių dujų surinkimo sistemų. Štai keletas perspektyviausių 2016 m. mokslo pasiekimų.

Dirbtinė fotosintezė

Vienas iš esminių trūkstamų dalių atsinaujinančių energijos šaltinių portfelyje yra švarus skystasis kuras, galintis pakeisti benziną ir kitus transporto degalus. Viena iš perspektyviausių galimybių yra dirbtinė fotosintezė, imituojanti pačios gamtos būdą saulės šviesai, anglies dioksidui ir vandeniui paversti kuru.

Pastaraisiais metais šioje srityje buvo lėtas, bet nuolatinis patobulinimas. Tačiau šią vasarą Harvardo mokslininkai Danielis Nocera ir Pamela Silvers bendradarbiauti su savo bendraautoriais , sukūrė „bioninį lapą“, galintį užfiksuoti ir paversti 10 procentų saulės šviesoje esančios energijos – tai didelis žingsnis į priekį šioje srityje. Tai taip pat apie 10 kartų geresnė nei jūsų vidutinio augalo fotosintezė.

Tyrėjai naudoja katalizatorius, pagamintus iš kobalto ir fosforo lydinio, kad padalytų vandenį į vandenilį ir deguonį, o tada specialiai sukurtos bakterijos sugertų anglies dioksidą ir vandenilį ir paverstų juos skystu kuru.

Kitos laboratorijos, įskaitant Lawrence'o Berkeley nacionalinę laboratoriją ir Jungtinį dirbtinės fotosintezės centrą, pastaraisiais mėnesiais taip pat padarė didelę pažangą saulės kuro įrenginių efektyvumo ir ilgaamžiškumo srityje. Šiais metais pastaroji laboratorija sukūrė saulės energija varomą įrenginį, kuris 10 procentų efektyvumo lygiu pavertė anglies dioksidą į formatą. Formatas gali būti naudojamas kaip specializuotų kuro elementų energijos šaltinis.

Tačiau ši sritis, kaip ir anksčiau, vis dar susiduria su dideliais techniniais iššūkiais MIT technologijų apžvalga paaiškinta istorija, o bet kokiems komerciniams produktams tebėra keleri metai.

Saulės termofotoelektra

Šį pavasarį MIT tyrėjų komanda pranešė saulės termofotovoltinio prietaiso sukūrimas, kuris potencialiai galėtų peržengti teorines įprastos saulės baterijose naudojamos fotovoltinės energijos efektyvumo ribas. Tie standartiniai saulės elementai gali sugerti energiją tik iš dalies saulės šviesos spalvų spektro, daugiausia vaizdinės šviesos nuo violetinės iki raudonos.

Tačiau MIT mokslininkai pridėjo tarpinį komponentą, sudarytą iš anglies nanovamzdelių ir nanofotoninių kristalų, kurie kartu veikia tarsi piltuvėlis, renkantis energiją iš saulės ir sutelkiant ją į siaurą šviesos juostą.

Nanovamzdeliai fiksuoja energiją visame spalvų spektre, įskaitant nematomą ultravioletinių ir infraraudonųjų bangų ilgį, paverčiant visa tai šilumos energija. Kai gretimi kristalai įkaista iki aukštos temperatūros, maždaug 1000 °C, jie išspinduliuoja energiją kaip šviesą, bet tik juostoje, kurią fotovoltinės ląstelės gali užfiksuoti ir konvertuoti.

Tyrėjai teigia, kad optimizuota technologijos versija vieną dieną galėtų peržengti teorinę maždaug 30 procentų įprastų saulės elementų efektyvumo ribą. Bent jau iš principo saulės termofotovoltinės energijos lygis gali viršyti 80 proc., nors, pasak mokslininkų, tai dar toli. Tačiau yra dar vienas svarbus šio metodo pranašumas. Kadangi procesą galiausiai skatina šiluma, jis gali veikti net tada, kai saulė pasitraukia už debesų, todėl sumažėja pertrūkis, kuris išlieka vienu iš svarbiausių saulės energijos trūkumų. Jei prietaisas būtų sujungtas su šilumos saugojimo mechanizmu, kuris galėtų veikti esant tokioms aukštoms temperatūroms, jis galėtų teikti nuolatinę saulės energiją dieną ir naktį.

Perovskito saulės elementai

Perovskito saulės baterijos yra pigios, lengvai pagaminamos ir labai efektyviai sugeria šviesą. Plona medžiagos plėvelė, hibridinių organinių ir neorganinių junginių klasė su tam tikro tipo kristalų struktūra, gali užfiksuoti tiek šviesos, kiek gana storas silicio sluoksnis, naudojamas standartinėje fotovoltinėje elektrinėje.

Tačiau vienas iš svarbiausių iššūkių buvo patvarumas. Junginiai, kurie iš tikrųjų sugeria saulės energiją, linkę greitai suirti, ypač drėgnomis ir karštomis sąlygomis.

Tačiau tyrimų grupės Stanforde, Los Alamos nacionalinėje laboratorijoje ir Šveicarijos federalinis technologijos institutas , be kitų institucijų, šiais metais padarė didelių žingsnių gerindamos perovskito saulės elementų stabilumą, paskelbdamos svarbius straipsnius Gamta , Gamtos energija , ir Mokslas .

„Metų pradžioje jie tiesiog nebuvo stabilūs ilgą laiką“, - sako Ianas Sharpas, Lawrence'o Berkeley nacionalinės laboratorijos mokslininkas. „Tačiau šiuo atžvilgiu buvo padaryta keletas tikrai įspūdingų pažangų. Šiais metais reikalai tapo tikrai rimti.

Tuo tarpu kitiems tyrinėtojams tai pavyko didinant efektyvumą perovskito saulės elementų ir naujų perspektyvių kelių tolesnių pažangų nustatymas.

Anglies saugojimas

Elektros gamyba yra atsakinga už 30 procentų šalies anglies dioksido gamybą, todėl šių emisijų surinkimas šaltinyje yra labai svarbus bet kokiam mažinimo planui. Šiais metais buvo pasiekta pažanga įgyvendinant kelis naujus anglies surinkimo būdus elektrinėse, įskaitant karbonato kuro elementus , taip pat bent kai kurie perspektyvūs esamų technologijų diegimai realiame pasaulyje. (Nors, žinoma, tokių buvo ryškūs neigiami pavyzdžiai taip pat.)

Tačiau dauguma šių metodų palieka atvirą klausimą, ką daryti su medžiaga, kai ji sėkmingai užfiksuota. Ir tai nėra maža bėda. Pasaulis gamina beveik 40 milijardų tonų anglies dioksido kasmet.

Tačiau vienas metodas atrodo daug žadantis, nei manyta iš pradžių: anglies dioksido užkasimas ir pavertimas akmeniu. Nuo 2012 m. Reykjavik Energy’s CarbFix projektas Islandijoje įpurškia anglies dioksidą ir vandenį giliai po žeme, kur jie reaguoja su vulkaninėmis bazalto uolienomis, kurių regione gausu.

Analizė, paskelbta m Mokslas birželį nustatė, kad 95 procentai anglies dioksido mineralizavosi greičiau nei per dvejus metus, daug greičiau nei šimtai tūkstančių metų, kurių daugelis tikėjosi. Kol kas taip pat neatrodo, kad iš jo neištekėtų šiltnamio efektą sukeliančių dujų, o tai rodo, kad tai gali būti ir pigiau, ir saugesnis nei esami laidojimo būdai.

Tačiau išorės stebėtojai teigia, kad reikės atlikti tolesnius tyrimus, siekiant išsiaiškinti, kaip gerai jis veikia kitose srityse, ypač po vandenyno dugnu.

Anglies dioksidas virsta etanoliu

Kitas perspektyvus sugautų anglies dioksido variantas iš esmės yra jo perdirbimas atgal į tinkamus degalus.

Anksčiau šiais metais JAV Energetikos departamento Oak Ridge nacionalinės laboratorijos mokslininkai suklupo metodą, kaip jį paversti etanoliu – skystuoju kuru, kuris jau naudojamas kaip benzino priedas. paskelbtame tyrime, komanda sukūrė katalizatorių, pagamintą iš anglies, vario ir azoto su tekstūruotu paviršiumi, kuris sutelkė elektrochemines reakcijas nano smaigalių galuose. Chemija Pasirinkite Spalyje . Kai buvo įjungta įtampa, prietaisas anglies dioksido tirpalą pavertė etanoliu dideliu efektyvumu. Medžiagos taip pat buvo palyginti pigios, o procesas veikė kambario temperatūroje, o tai yra esminiai pranašumai bet kokiai būsimai komercializacijai.

Mes imame anglies dioksidą, degimo atliekas, ir stumiame tą degimo reakciją atgal, sakė pagrindinis autorius Adam Rondinone. spaudos pranešimas .

Be surinkto anglies dioksido konvertavimo, šis procesas gali būti naudojamas perteklinei energijai, gautai iš vėjo ir saulės energijos, kaupti.

Tačiau kai kurie išorės tyrėjai skeptiškai vertina pradinius rezultatus ir nekantriai laukia, ar kitos laboratorijos galės patikrinti išvadas.

paslėpti