Одной из главных проблем на пути развития возобновляемых источников энергии является эффективное хранение энергии. Хотя солнечная энергия является одной из наиболее доступных, ее хранение остается важнейшей проблемой для достижения широкого распространения. В настоящее время хранение и транспортировка этой энергии требуют инновационных решений, чтобы сделать ее более конкурентоспособной на мировых рынках.
Одно из последних технологических достижений было разработано группой исследователей из Технологического университета Чалмерса в Гётеборге, Швеция. Эта группа продемонстрировала возможность хранения солнечной энергии в химической жидкости , известной как молекулярная солнечная тепловая система . Этот прогресс открывает новые возможности для эффективного и длительного хранения больших объемов солнечной энергии.
Как работает хранение солнечной энергии в жидкости?
Ключ к этой инновационной системе кроется в специальной жидкости, которая под воздействием фотонов солнечного света изменяет свою молекулярную структуру, накапливая энергию. Этот процесс известен как изомеризация , при которой молекулы жидкости перестраиваются, чтобы захватывать солнечную энергию в химических связях изомеров.
При перестройке молекулы энергия накапливается в скрытом виде и может оставаться доступной в течение длительного времени, даже при нормальной температуре окружающей среды. Эта система чрезвычайно надежна и, как было показано, выдерживает более 140 циклов заряда и разряда без существенного снижения производительности.
Этот тип химического хранения энергии имеет преимущества по сравнению с обычными батареями, поскольку он может накапливать солнечную энергию в виде тепла и высвобождать ее по требованию через катализатор, возвращая молекулу в ее первоначальную форму. Эта технология продемонстрировала эффективность преобразования солнечной энергии до 80% , что является значительным показателем в контексте возобновляемой энергетики.
Технологический прогресс: от исследований к практике
Исследовательский проект по изучению этой жидкости начался более шести лет назад и был опубликован в научном журнале Energy & Environmental . Первоначально в процессе использовался рутений , дорогостоящий элемент, и его эффективность была очень низкой — всего 0,01%. Однако после многолетних усовершенствований ученым удалось повысить эффективность до такой степени, что жидкость аккумулирует 1,1% солнечного света , падающего на нее, в виде скрытой химической энергии.
Кроме того, рутений был заменен более экономичными компонентами на основе углерода, водорода и азота . Это изменение позволило создать более экономичную систему, способную накапливать и высвобождать солнечную энергию за небольшую часть первоначальной стоимости. Жидкость, основанная на органических соединениях, таких как норборнадиен , под воздействием солнечного света превращается в квадрициклан — соединение, запасающее энергию в своих молекулярных связях.
Практическое применение и срок службы системы
Эта система хранения привлекательна тем, что накопленная солнечная энергия может оставаться в неактивном состоянии до 18 лет . Это означает, что собранную сегодня энергию можно использовать даже в условиях низкой солнечной радиации, например, зимой или ночью, что повышает ее пригодность для повседневного применения.
Кроме того, потенциальные области применения этой жидкости весьма обширны. Ее использование предлагается в системах отопления жилых помещений , таких как водонагреватели или приборы, требующие постоянного источника тепла, а также в промышленных целях, например, для стерилизации и других процессов, требующих нагрева.
Одним из дополнительных преимуществ является возможность многократного перезаряда и повторного использования жидкости, что обеспечивает экономичность и эффективность системы в долгосрочной перспективе. На сегодняшний день эта жидкость выдержала более 125 циклов без каких-либо повреждений молекулярной структуры, что является явным доказательством ее долговечности.
Будущее солнечной системы хранения
Достижения в разработке этой системы хранения солнечной энергии получили признание на европейском уровне. В 2020 году проект получил 4,3 миллиона евро от Европейского союза на разработку крупномасштабных прототипов. Эти инвестиции позволят провести дальнейшие испытания и, в конечном итоге, сделать эти системы доступными для коммерческого использования в течение следующих 10 лет.
Эта система обладает огромным потенциалом не только для сектора возобновляемой энергии, но и для борьбы с изменением климата благодаря своей низкой стоимости, долговечности и высокой эффективности преобразования. В частности, недавние достижения в производстве катализаторов позволили лучше контролировать выделение энергии в виде тепла, повышая эффективность системы в момент, когда эту энергию необходимо извлечь.
Развитие электролиза в водной среде в качестве дополнительного решения также набирает обороты, позволяя хранить излишки солнечной энергии в виде водорода — еще одного ключевого энергетического вектора, популярность которого растет благодаря его способности справляться с колебаниями поставок возобновляемой энергии.
Поскольку мы продолжаем развивать и совершенствовать эти типы технологий, химическое жидкостное хранение солнечной энергии может революционизировать способы управления солнечной энергией, предоставляя эффективное и масштабируемое решение для удовлетворения растущего спроса на чистую, возобновляемую энергию.
Благодаря этим достижениям человечество может столкнуться с одним из самых инновационных решений по хранению и использованию солнечной энергии не только дома, но и в бесчисленных промышленных и коммерческих целях.