Lielākie tīrās enerģijas sasniegumi 2016. gadā

Tīrā enerģija 2016. gadā guva nozīmīgus panākumus. Parīzes klimata vienošanās stājās spēkā , saules enerģijas iekārtu cena turpināja kristies , investīcijas atjaunojamā enerģijā pacēlās gaisā , Amerikas Savienotajās Valstīs beidzot sāka darboties jūras vējš, un zinātnieki veica virkni tehnisku sasniegumu, kas sola padarīt ilgtspējīgu enerģiju arvien efektīvāku un pieejamāku.

Pēdējais ir galvenais, jo izgudrojums joprojām ir drošākais veids, kā izvairīties no lielākās klimata pārmaiņu ietekmes. Mūsdienu komerciāli pieejamās atjaunojamās enerģijas tehnoloģijas nevar apmierināt visas pasaules enerģijas prasības, pat ja tās tiek agresīvi palielinātas. Saskaņā ar Nacionālās atjaunojamās enerģijas laboratorijas rūpīgu analīzi, līdz 2050. gadam ASV pietrūks aptuveni 20 procentu. Tikmēr ANO Klimata pārmaiņu starpvaldību padome secināja pasaulei līdz gadsimta vidum ir jāsamazina siltumnīcefekta gāzu emisijas pat par 70 procentiem un līdz 2100. gadam gandrīz līdz nullei, lai būtu jebkādas iespējas izvairīties no sasilšanas līmeņa, kas varētu nodrošināt pilsētu grimšanu, masveida izmiršanu un plašu sausumu.

Tāpēc mums ir vajadzīgi daudz efektīvāki atjaunojamie enerģijas avoti, lētāka uzglabāšana, viedāki tīkli un efektīvas sistēmas siltumnīcefekta gāzu uztveršanai. Šeit ir daži no daudzsološākajiem zinātnes sasniegumiem 2016. gadā.

Mākslīgā fotosintēze

Viens no būtiskiem trūkstošajiem elementiem atjaunojamo energoresursu portfelī ir tīra šķidrā degviela, kas var aizstāt benzīnu un citas transporta degvielas. Viena no daudzsološākajām iespējām ir mākslīgā fotosintēze, kas atdarina pašas dabas metodi saules gaismas, oglekļa dioksīda un ūdens pārvēršanai degvielā.

Pēdējos gados šajā jomā ir bijuši lēni, bet vienmērīgi uzlabojumi. Taču šovasar Hārvardas zinātnieki Daniels Nočera un Pamela Silversa, in partnerattiecības ar saviem līdzautoriem , izstrādāja 'bionisku lapu', kas varētu uztvert un pārvērst 10 procentus no saules gaismas enerģijas, kas ir liels solis uz priekšu laukam. Tas ir arī aptuveni 10 reizes labāks nekā jūsu vidējā auga fotosintēze.

Pētnieki izmanto katalizatorus, kas izgatavoti no kobalta-fosfora sakausējuma, lai sadalītu ūdeni ūdeņradī un skābeklī, un pēc tam lika īpaši izstrādātām baktērijām darboties, lai absorbētu oglekļa dioksīdu un ūdeņradi un pārvērstu tos šķidrā degvielā.

Arī citas laboratorijas pēdējos mēnešos ir guvušas ievērojamus panākumus saules enerģijas ierīču efektivitātes un izturības jomā, tostarp Lorensa Bērklija Nacionālajā laboratorijā un Apvienotajā Mākslīgās fotosintēzes centrā. Šogad pēdējā laboratorija izveidoja ar saules enerģiju darbināmu ierīci, kas pārveidoja oglekļa dioksīdu formātā ar 10 procentu efektivitātes līmeni. Formātu var izmantot kā enerģijas avotu specializētiem kurināmā elementiem.

Taču lauks joprojām saskaras ar ievērojamām tehniskām problēmām, tāpat kā iepriekš MIT tehnoloģiju apskats stāsts ir izskaidrots, un visi komerciālie produkti, iespējams, joprojām būs pieejami pēc vairākiem gadiem.

Saules termofotoelementi

Šopavasar MIT pētnieku komanda ziņots saules termofotoelementu ierīces izstrāde, kas potenciāli varētu pārsniegt parastās saules paneļos izmantotās fotoelementu teorētiskās efektivitātes robežas. Šīs standarta saules baterijas var absorbēt enerģiju tikai no saules gaismas krāsu spektra daļas, galvenokārt vizuālās gaismas no violetas līdz sarkanai.

Taču MIT zinātnieki pievienoja starpkomponentu, kas sastāv no oglekļa nanocaurulēm un nanofotoniskajiem kristāliem, kas kopā darbojas kā piltuve, savācot enerģiju no saules un koncentrējot to šaurā gaismas joslā.

Nanocaurules uztver enerģiju visā krāsu spektrā, tostarp neredzamā ultravioletā un infrasarkanā viļņa garumā, pārvēršot to visu siltumenerģijā. Kad blakus esošie kristāli uzkarst līdz augstām temperatūrām, aptuveni 1000 °C, tie izstaro enerģiju kā gaismu, taču tikai tajā joslā, ko var uztvert un pārveidot fotoelektriskās šūnas.

Pētnieki norāda, ka optimizēta tehnoloģijas versija kādu dienu varētu pārvarēt teorētisko maksimālo efektivitāti, kas ir aptuveni 30 procenti tradicionālajām saules baterijām. Vismaz principā saules termofotoelementi varētu sasniegt līmeni virs 80 procentiem, lai gan, pēc zinātnieku domām, tas ir tālu. Bet šai pieejai ir vēl viena būtiska priekšrocība. Tā kā procesu galu galā virza siltums, tas varētu turpināt darboties pat tad, kad saule noklīst aiz mākoņiem, samazinot pārtraukumus, kas joprojām ir viens no būtiskākajiem saules enerģijas trūkumiem. Ja ierīce būtu savienota ar siltuma uzglabāšanas mehānismu, kas varētu darboties šajās augstajās temperatūrās, tā varētu nodrošināt nepārtrauktu saules enerģiju visu dienu un nakti.

Perovskīta saules baterijas

Perovskīta saules baterijas ir lētas, viegli ražojamas un ļoti efektīvas gaismas absorbēšanā. Materiāla plāna plēve, hibrīdu organisko un neorganisko savienojumu klase ar noteikta veida kristāla struktūru, var uztvert tikpat daudz gaismas kā relatīvi biezs silīcija slānis, ko izmanto standarta fotoelementos.

Tomēr viens no kritiskajiem izaicinājumiem ir bijis izturība. Savienojumi, kas faktiski absorbē saules enerģiju, mēdz ātri noārdīties, īpaši mitros un karstos apstākļos.

Bet pētniecības grupas Stenfordā, Los Alamos Nacionālajā laboratorijā un Šveices Federālais tehnoloģiju institūts , cita starpā, šogad veica ievērojamus panākumus perovskīta saules bateriju stabilitātes uzlabošanā, publicējot ievērojamus rakstus Daba , Dabas enerģija , un Zinātne .

'Gada sākumā tie vienkārši nebija stabili ilgu laiku,' saka Ians Šārps, Lorensa Bērklija Nacionālās laboratorijas zinātnieks. “Bet šajā ziņā ir bijuši daži patiešām iespaidīgi sasniegumi. Šogad lietas patiešām ir kļuvušas nopietnas.

Tikmēr citiem pētniekiem ir izdevies efektivitātes paaugstināšana perovskīta saules baterijām un daudzsološu jaunu ceļu noteikšana turpmākiem sasniegumiem.

Oglekļa uzglabāšana

Elektroenerģijas ražošana ir atbildīga par 30 procentu no valsts oglekļa dioksīda saražošanu, tāpēc šo emisiju uztveršana to avotā ir ļoti svarīga jebkuram samazināšanas plānam. Šogad tika gūti panākumi vairākās jaunās pieejās oglekļa uztveršanai spēkstacijās, tostarp karbonāta kurināmā elementiem , kā arī vismaz dažas daudzsološas esošās tehnoloģijas ieviešanas reālajā pasaulē. (Lai gan, protams, daži ir bijuši spilgti negatīvi piemēri arī.)

Taču lielākā daļa no šīm pieejām atstāj atklātu jautājumu par to, ko darīt ar materiāliem pēc tam, kad tas ir veiksmīgi tverts. Un tā nav maza problēma. Pasaule ražo gandrīz 40 miljardus tonnu oglekļa dioksīda gadā.

Tomēr viena metode šķiet daudzsološāka, nekā sākotnēji tika uzskatīts: oglekļa dioksīda apglabāšana un pārvēršana akmenī. Kopš 2012. gada Reykjavik Energy’s CarbFix projekts Īslandē ir injicējusi oglekļa dioksīdu un ūdeni dziļi pazemē, kur tie reaģē ar vulkāniskajiem bazalta iežiem, kas šajā reģionā ir daudz.

gadā publicētā analīze Zinātne jūnijā atklāja, ka 95 procenti oglekļa dioksīda ir mineralizējušies mazāk nekā divu gadu laikā, daudz ātrāk nekā simtiem tūkstošu gadu, ko daudzi bija gaidījuši. Pagaidām neizskatās, ka tas arī izplūst siltumnīcefekta gāzes, kas liecina, ka tas varētu būt gan lētāks, gan drošāks nekā esošās apbedīšanas metodes.

Taču būs nepieciešami turpmāki pētījumi, lai noskaidrotu, cik labi tas darbojas citās jomās, jo īpaši zem okeāna dibeniem, saka ārējie novērotāji.

Oglekļa dioksīds pārvēršas etanolā

Vēl viena daudzsološa iespēja uztvert oglekļa dioksīdu būtībā ir tā pārstrāde atpakaļ izmantojamā degvielā.

Šā gada sākumā ASV Enerģētikas departamenta Oak Ridge Nacionālās laboratorijas pētnieki paklupa uz metodi, kā to pārvērst etanolā - šķidrajā degvielā, ko jau izmanto kā benzīna piedevu. Saskaņā ar pētījumu, kas tika publicēts Ķīmija Izvēlieties oktobrī . Kad tika pieslēgts spriegums, ierīce ar augstu efektivitātes līmeni pārveidoja oglekļa dioksīda šķīdumu etanolā. Materiāli bija arī salīdzinoši lēti, un process darbojās istabas temperatūrā, kas ir būtiskas priekšrocības jebkurai turpmākai komercializācijai.

Mēs ņemam oglekļa dioksīdu, sadegšanas atkritumu produktu, un mēs virzām šo degšanas reakciju atpakaļ, teica vadošais autors Adam Rondinone. ziņu izlaidums .

Papildus uztvertā oglekļa dioksīda pārveidei šo procesu varētu izmantot, lai uzglabātu lieko enerģiju no vēja un saules elektroenerģijas ražošanas.

Tomēr daži ārējie pētnieki ir skeptiski par sākotnējiem rezultātiem un ar nepacietību gaida, vai citas laboratorijas var pārbaudīt rezultātus.

paslēpties