Świetlana przyszłość energii słonecznej
Grupa hiszpańskich i amerykańskich naukowców uważa, że znalazła materiał, który może umożliwić w przyszłości korzystanie z energii słonecznej o każdej porze dnia i nocy, po niższych kosztach niż w przypadku technologii wykorzystujących akumulatory elektryczne. Dzięki wsparciu stypendium w ramach działań „Maria Skłodowska-Curie” badaczka Emanuela Mastronardo przebadała 24 perowskity, materiały o takiej samej strukturze krystalicznej jak mineralny tytanian wapnia. Po wyłonieniu spośród nich najlepszego kandydata do magazynowania energii słonecznej w wysokich temperaturach przeprowadziła ona na nim udane testy reaktorowe w skali laboratoryjnej. „Wyniki są niezwykle zachęcające”, mówi Mastronardo, która podczas projektu SESPer działała pod kierunkiem Juana M. Coronado z Hiszpańskiej Narodowej Rady ds. Badań Naukowych. Jest ona współautorką artykułu opublikowanego w czasopiśmie „Journal of Materials Chemistry A”, w którym podzieliła się swoimi wynikami. Mastronardo postanowiła skupić się na perowskitach, ponieważ uważa, że są one kluczem do utworzenia nowej generacji elektrowni słonecznych opartych na koncentracji energii słonecznej, które będą bardziej efektywnie przetwarzać ciepło na energię elektryczną oraz magazynować i dostarczać energię na żądanie, gdy brak jest światła słonecznego, wykorzystując systemy magazynowania energii cieplnej. „Za projektowaniem wysokotemperaturowych systemów magazynowania ciepła przemawiają przekonujące argumenty”, wyjaśnia. „Perowskity idealnie nadają się do pracy w warunkach tych przyszłych zakładów ze względu na ich stabilność termiczną i szybką reakcję”.
Pobieranie próbek ze skorupy ziemskiej
Do tej pory wiele badań nad rodzajami perowskitów koncentrowało się na tych zawierających pierwiastki ziem rzadkich, co czyni je kosztownymi kandydatami do wykorzystania na masową skalę. Dlatego też Mastronardo wraz z zespołem pięciu naukowców wybrali do badań pierwiastki, które występują w skorupie ziemskiej, odnajdując odpowiednie połączenie wapnia, żelaza i manganu. Naukowcy zmierzyli jego zdolność do magazynowania ciepła przy użyciu 500 mg, a następnie przeprowadzili testy reaktorowe przy użyciu około 50 g materiału. „Testy reaktorowe w skali laboratoryjnej wypadły bardzo pomyślnie”, mówi Coronado. „Materiał wykazał taką samą zdolność magazynowania ciepła podczas pracy w skali gramowej w bardziej realistycznym reaktorze co podczas pomiarów w znacznie mniejszej skali przy początkowych próbach określenia właściwości termodynamicznych”. „Jest to bardzo obiecujące w kontekście przyszłego projektowania i rozwoju elektrowni słonecznych”, dodaje.
Potęga termochemicznego magazynowania energii
Fundusze unijne umożliwiły zespołowi z Hiszpańskiej Narodowej Rady ds. Badań Naukowych, specjalizującemu się w termochemicznym magazynowaniu energii cieplnej, współpracę z inżynierami w dziedzinie energii słonecznej z Instytutu Energetycznego IMDEA w Hiszpanii i Northwestern University w Stanach Zjednoczonych, którzy wnieśli do projektu dodatkową wiedzę i sprzęt potrzebny do opracowania perowskitów. Kolejnym krokiem do komercyjnego wykorzystania opracowanego perowskitu w elektrowniach słonecznych byłyby dalsze testy w rzeczywistych zastosowaniach z wykorzystaniem hektogramów, a następnie ton materiału. Badaniu trzeba będzie poddać stabilność materiału, aby sprawdzić, czy wytrzyma on ponad 1 000 cykli, po tym jak wytrzymał 80 godzin podczas projektu SESPer. Jednak Mastronardo i Coronado już teraz optymistycznie twierdzą, że materiał ten ma potencjał, aby wzbogacić rynek o znacznie potężniejsze systemy termochemicznego magazynowania energii, rewolucjonizując sektor energetyczny. „Spodziewamy się, że ta technologia trafi na rynek w ciągu najbliższych dziesięciu lat”, dodaje Coronado. „Systemy termochemicznego magazynowania energii w znacznym stopniu przyczyniłyby się do realizacji ekologicznych celów Europy poprzez udostępnianie energii słonecznej w dowolnym momencie i po niższych kosztach niż technologie wykorzystujące akumulatory elektryczne”.
Słowa kluczowe
SESPer, systemy magazynowania energii cieplnej, koncentrowanie energii słonecznej, perowskity, energia na żądanie
