Μία από τις κύριες προκλήσεις για την πρόοδο του ανανεώσιμη ενέργεια Είναι αποτελεσματική αποθήκευση ενέργειας. Αν και η ηλιακή ενέργεια είναι μια από τις πιο προσιτές, η αποθήκευσή της παραμένει μια κρίσιμη πρόκληση για την επίτευξη μαζικής υιοθέτησης. Επί του παρόντος, η αποθήκευση και η μεταφορά αυτής της ενέργειας είναι πτυχές που χρειάζονται καινοτόμες λύσεις για να την καταστήσουν πιο ανταγωνιστική στις παγκόσμιες αγορές.
Μία από τις πιο πρόσφατες τεχνολογικές καινοτομίες έχει αναπτυχθεί από μια ομάδα ερευνητών από το Chalmers University of Technology, στο Γκέτεμποργκ της Σουηδίας. Αυτός ο εξοπλισμός έχει δείξει ότι είναι δυνατή η αποθήκευση ηλιακής ενέργειας σε α χημικό υγρόγνωστός ως μοριακό ηλιακό θερμικό σύστημα. Αυτή η πρόοδος ανοίγει νέες πόρτες στην αποθήκευση μεγάλων ποσοτήτων ηλιακής ενέργειας αποτελεσματικά και για μεγάλες χρονικές περιόδους.
Πώς λειτουργεί η αποθήκευση ηλιακής ενέργειας σε ένα ρευστό;
Το κλειδί για αυτό το καινοτόμο σύστημα βρίσκεται σε ένα ειδικό υγρό που, όταν χτυπηθεί από το φωτόνια από το ηλιακό φως, αλλάζει τη μοριακή του δομή για να αποθηκεύσει ενέργεια. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως ισομερισμός, στην οποία τα μόρια του ρευστού αναδιατάσσονται για να δεσμεύσουν την ηλιακή ενέργεια στους χημικούς δεσμούς του ισομερή.
Όταν το μόριο αναδιατάσσεται, η ενέργεια παραμένει λανθάνουσα αποθήκευση και μπορεί να είναι διαθέσιμο για μεγάλα χρονικά διαστήματα, ακόμη και σε κανονικές θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Αυτό το σύστημα είναι εξαιρετικά στιβαρό και έχει αποδειχθεί ότι αντέχει περισσότερους από 140 κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης χωρίς να αντιμετωπίζει σημαντική υποβάθμιση της απόδοσης.
Αυτός ο τύπος αποθήκευσης χημικών έχει πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τις συμβατικές μπαταρίες, καθώς μπορεί να αποθηκεύσει ηλιακή ενέργεια με τη μορφή θερμότητα και το απελευθερώνουν κατά παραγγελία μέσω ενός καταλύτη, επιστρέφοντας το μόριο στην αρχική του μορφή. Αυτή η τεχνολογία έχει δείξει απόδοση μετατροπής του ηλιακού φωτός έως και 80%, κάτι σημαντικό στο πλαίσιο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Τεχνολογική πρόοδος: από την έρευνα στην πράξη
Το ρευστό ερευνητικό πρόγραμμα ξεκίνησε πριν από περισσότερα από έξι χρόνια και έχει δημοσιευθεί στο επιστημονικό περιοδικό Ενέργεια & Περιβάλλον. Αρχικά, χρησιμοποιήθηκε η διαδικασία ρουθήνιο, ένα ακριβό στοιχείο, και είχε πολύ χαμηλή απόδοση μόλις 0,01%. Ωστόσο, μετά από χρόνια βελτιώσεων, οι επιστήμονες κατάφεραν να αυξήσουν την αποτελεσματικότητα μέχρι την αποθήκευση του 1,1% του ηλιακού φωτός που επηρεάζει το υγρό ως λανθάνουσα χημική ενέργεια.
Επιπλέον, το ρουθήνιο έχει αντικατασταθεί από φθηνότερα συστατικά με βάση άνθρακα, υδρογόνο και άζωτο. Αυτή η αλλαγή επέτρεψε την πρόσβαση σε ένα πιο οικονομικό σύστημα, με δυνατότητα αποθήκευσης και απελευθέρωσης ηλιακής ενέργειας σε ένα κλάσμα του αρχικού κόστους. Το υγρό, το οποίο βασίζεται σε οργανικές ενώσεις όπως π.χ νορβορναδιένιο, μετατρέπεται με την έκθεση στο ηλιακό φως σε τετρακυκλάνη, μια ένωση που αποθηκεύει ενέργεια στους μοριακούς της δεσμούς.
Πρακτικές εφαρμογές και διάρκεια ζωής συστήματος
Αυτό το σύστημα αποθήκευσης είναι ελκυστικό επειδή η αποθηκευμένη ηλιακή ενέργεια μπορεί να παραμείνει αδρανής έως 18 έτη. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια που συλλέγεται σήμερα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ακόμη και σε περιβάλλοντα χαμηλής ηλιακής ακτινοβολίας, όπως το χειμώνα ή τη νύχτα, αυξάνοντας τη βιωσιμότητά της για καθημερινές εφαρμογές.
Επιπλέον, οι πιθανές εφαρμογές αυτού του υγρού είναι τεράστιες. Η χρήση του έχει προταθεί σε συστήματα του θέρμανση κατοικιών, όπως σε θερμοσίφωνες ή συσκευές που χρειάζονται σταθερή πηγή θερμότητας, αλλά και σε βιομηχανικές εφαρμογές όπως π.χ. αποστείρωση και άλλες διεργασίες που απαιτούν θερμότητα.
Ένα από τα πρόσθετα πλεονεκτήματα είναι ότι το υγρό μπορεί να επαναφορτιστεί και να επαναχρησιμοποιηθεί σε πολλαπλούς κύκλους, διασφαλίζοντας ένα οικονομικό και αποδοτικό σύστημα μακροπρόθεσμα. Μέχρι στιγμής, αυτό το υγρό έχει αποδειχθεί ότι αποδίδει περισσότερα από 125 κύκλοι χωρίς να εντοπίζεται καμία ζημιά στη μοριακή του δομή, κάτι που αποτελεί ξεκάθαρη απόδειξη της αντοχής του.
Το μέλλον του ηλιακού συστήματος αποθήκευσης
Οι εξελίξεις σε αυτό το ηλιακό σύστημα αποθήκευσης έχουν αναγνωριστεί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Το 2020, το έργο έλαβε α χρηματοδότηση 4,3 εκατ. ευρώ από την Ευρωπαϊκή Ένωση, με στόχο την ανάπτυξη πρωτοτύπων μεγάλης κλίμακας. Αυτή η επένδυση θα προωθήσει τις δοκιμές και τελικά θα καταστήσει αυτά τα συστήματα διαθέσιμα για εμπορική χρήση τα επόμενα 10 χρόνια.
Αυτό το σύστημα όχι μόνο υπόσχεται πολλά για τον τομέα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, αλλά και για την καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής λόγω του χαμηλού κόστους, της ανθεκτικότητάς του και του υψηλού ποσοστού μετατροπής. Ειδικότερα, το πρόσφατες εξελίξεις στην κατασκευή καταλυτών κατέστησαν δυνατό τον καλύτερο έλεγχο της απελευθέρωσης ενέργειας με τη μορφή θερμότητας, βελτιώνοντας την απόδοση του συστήματος όταν η εν λόγω ενέργεια πρέπει να εξαχθεί.
Η προέλαση των υδατική ηλεκτρόλυση Ως συμπληρωματική λύση κερδίζει επίσης έδαφος, επιτρέποντας την αποθήκευση ηλιακών πλεονασμάτων με τη μορφή υδρογόνου, ενός άλλου βασικού ενεργειακού φορέα που αυξάνεται σε δημοτικότητα λόγω της ικανότητάς του να διαχειρίζεται τις διακυμάνσεις της προσφοράς ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Καθώς συνεχίζουμε να αναπτύσσουμε και να βελτιώνουμε αυτούς τους τύπους τεχνολογιών, η αποθήκευση χημικών ρευστών ηλιακής ενέργειας θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στον τρόπο διαχείρισης της ηλιακής ενέργειας, παρέχοντας μια αποτελεσματική και επεκτάσιμη λύση για την αντιμετώπιση της αυξανόμενης ζήτησης για καθαρή, ανανεώσιμη ενέργεια.
Με αυτές τις προόδους, η ανθρωπότητα θα μπορούσε να βρεθεί αντιμέτωπη με μία από τις πιο καινοτόμες λύσεις για την αποθήκευση και χρήση της ηλιακής ενέργειας, όχι μόνο στο σπίτι, αλλά και σε αμέτρητες βιομηχανικές και εμπορικές εφαρμογές.