Προκαταρκτική Μελέτη για τη Νέα Τεχνολογία Παραγωγής Ηλιακού Υδρογόνου

Μια ερευνητική ομάδα από το MIT και το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL) έχει αναπτύξει και επιδείξει με επιτυχία ένα θερμοφωτοβόλτα κύτταρο ικανό να μετατρέπει τη θερμότητα πιο αποτελεσματικά από τους συμβατικούς ατμοστροβίλους, σύμφωνα με αναφορές. ηλεκτρισμού, και το κόστος είναι πολύ χαμηλό. Αυτό έχει τεράστιες επιπτώσεις για τους μελλοντικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και την αποθήκευση ενέργειας στο δίκτυο.

Το Thermophotovoltaic (TPV) μετατρέπει κυρίως το φως του υπέρυθρου μήκους κύματος σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω φωτοβολταϊκού αποτελέσματος και μπορεί να πραγματοποιήσει τη μέθοδο αποθήκευσης και μετατροπής ενέργειας. Οι ερευνητές σχεδιάζουν να ενσωματώσουν αυτά τα κύτταρα TPV σε θερμικές μπαταρίες κλίμακας πλέγματος. Το σύστημα θα απορροφήσει την περίσσεια ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, όπως η ηλιακή ενέργεια, και θα αποθηκεύσει αυτή την ενέργεια σε μια εξαιρετικά μονωμένη δεξαμενή θερμικού γραφίτη. Όταν χρειάζεται ενέργεια, όπως σε θολές ημέρες, η μπαταρία TPV μετατρέπει τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια και διανέμει την ενέργεια στο δίκτυο.

Όπως όλοι γνωρίζουμε, το μεγαλύτερο μέρος της ανθρώπινης ηλεκτρικής ενέργειας προέρχεται από τη θερμική ενέργεια, δηλαδή την καύση άνθρακα ή φυσικού αερίου, την πυρηνική σχάση, τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας, η οποία χρησιμοποιείται για να βράσει νερό και να περιστρέψει ατμοστροβίλους για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τον τελευταίο ενάμιση αιώνα, έχει γίνει πανταχού παρόν σε όλο τον κόσμο ως μια ώριμη, καλά βελτιστοποιημένη τεχνολογία με γνωστές δυνάμεις και περιορισμούς.

Ένας από τους περιορισμούς είναι η αποτελεσματικότητα. Ενώ ορισμένοι τουρμπίνες έχουν μετατρέψει επιτυχώς το 60% της ενέργειας μιας πηγής θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια, ο μέσος στρόβιλος λειτουργεί μόνο με απόδοση 35%. Ένας άλλος περιορισμός είναι η θερμότητα και οι ατμοστροβίλοι βασίζονται σε εξαρτήματα που πρέπει να λειτουργούν σε ορισμένα όρια θερμοκρασίας.

Ο νέος σχεδιασμός στοχεύει στη σύλληψη φωτονίων υψηλότερης ενέργειας από πηγές υψηλότερης θερμοκρασίας, χάρη στη χρήση υλικών υψηλότερης ζώνης και πολλαπλών διασταυρώσεων. Σε δοκιμές μεταξύ 1900 βαθμών Κελσίου και 2400 βαθμών Κελσίου, τα νέα κύτταρα TPV διατήρησαν περίπου 40 τοις εκατό απόδοση. Η μέση απόδοση των πρώιμων κυψελών TPV ήταν περίπου 20%, και το προηγούμενο ρεκόρ για την υψηλότερη απόδοση ήταν 32%.

Τα παραπάνω ερευνητικά αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο διάσημο επιστημονικό περιοδικό "Nature".

Οι ερευνητές γράφουν, "Η απόδοση 40 τοις εκατό του TPV είναι αξιοσημείωτη επειδή τώρα καθιστά το TPV μια τεχνολογία κινητήρα θερμότητας που μπορεί να ανταγωνιστεί με τους στροβίλους. Η απόδοση του 40 τοις εκατό είναι ήδη υψηλότερη από τη μέση απόδοση του κινητήρα θερμότητας με βάση τους στροβίλους των ΗΠΑ, αλλά αυτό που κάνει τις τηλεοράσεις πιο ελκυστικές από τους στροβίλους είναι οι δυνατότητές τους για χαμηλότερο κόστος, ταχύτερους χρόνους απόκρισης, ευκολία συντήρησης, ευκολία ενσωμάτωσης με εξωτερικές πηγές θερμότητας και ευελιξία καυσίμου."

Λειτουργώντας σε ένα εύρος θερμοκρασίας «κατάλληλο για καύση φυσικού αερίου ή υδρογόνου», η νέα τεχνολογία κινητήρων θερμότητας θεωρείται ότι υπόσχεται για την επόμενη γενιά σταθμών παραγωγής ενέργειας χαμηλών εκπομπών που μπορούν να λειτουργήσουν με χαμηλότερο κόστος από πηγές καύσης Εξάγουν περισσότερη ενέργεια. Στην περίπτωση του πράσινου υδρογόνου, ένα τέτοιο φυτό δεν θα μπορούσε να εκπέμπει άνθρακα.

Ο Asegun Henry, καθηγητής στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του MIT και ένας από τους ερευνητές του έργου, δήλωσε: «Τα θερμικά φωτοβολταϊκά κύτταρα είναι το τελικό κρίσιμο βήμα για να αποδειχθεί ότι οι θερμικές μπαταρίες είναι μια βιώσιμη έννοια. Βρίσκεται στο δρόμο για την προώθηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και την επίτευξη ενός δικτύου μηδενικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. απολύτως κρίσιμο βήμα.