Солнечная энергия 24 часа в сутки

Использование ржавчины для хранения солнечной энергии.

Большинство инженеров были бы в ужасе, обнаружив даже малое количество ржавчины на их электронике. Но Kenneth Hardee и Allen Bard такая перспектива не пугает. В своем стремлении к дешевой солнечной энергии, ученые попробовали извлечь электрический ток из самого дешевого материала, который они смогли найти. И они добились успеха, - под влиянием видимого света, этот материал производит небольшой электрический ток.

Это случилось в 1975 году в Техасском Университете в городе Остин. Тогда их открытие оказалось на обочине, но за последние несколько лет мнение научного сообщества изменилось, и это открытие может оказаться решением многих проблем.

Хотя оксид железа не может конкурировать с эффективностью кремния в превращении солнечной энергии в электрическую, он может делать то, чего не может кремний, - помочь накапливать энергию солнца.

Исследования солнечной энергетики сфокусированы исключительно на показателях эффективности. Каждый день, солнце купает нашу планету в большем количестве энергии, чем мы можем надеяться использовать за целый год. Но собрать ее не такая простая задача. Даже самые продвинутые технологии – солнечные панели стоимостью в миллионы долларов, сделанные из дорогих комбинаций редкоземельных элементов , используемые Международной Космической Станцией, могут трансформировать не более 46 процентов солнечной энергии в электрическую, и это в идеальных условиях. Обычные показатели намного меньше. На Земле же, самые дешевые батареи на основе кремния собирают от 15 до 20 процентов солнечной энергии.

Существует критическая потребность в методах накопления излишков солнечной энергии и ее использования в темное время суток. Частично из-за того, что этот источник энергии может быть использован только во время его генерирования, он стоит на последнем месте среди всех возобновляемых источников энергии, оставаясь примерно в 20 раз дороже, чем энергия ископаемого топлива.

Батареи кажутся наиболее очевидным решением, но их низкая удельная энергетическая концентрация в сочетании с высокой стоимостью систем способных питать весь дом и необходимость замены каждые несколько лет, делает их доступным вариантом только для богатых. Лучший путь для хранения солнечной энергии, это использование ее для производства водорода. Химические связи этого элемента позволяют хранить в 170 раз больше энергии на килограмм, чем стандартные литий-ионные батареи. Водород также обладает гибкостью: как только вы его получили, вы можете использовать его самым разным образом. Поместите его в топливные батареи, и вы можете генерировать электричество по необходимости, рекомбинируя его с кислородам; соедините его с моноксидом углерода и он превратится в метаноловое биотопливо; если его правильно хранить, его даже можно сжигать как любое другое газообразное топливо.

Наилучшим вариантом было бы открытие какого-нибудь дешевого, проводящего ток материала который мог бы обходить фотоэлементы и просто использовать солнечные фотоны для электролиза воды и генерирования водорода. Кремний не подходит для этих целей, - у его электронов не подходящая энергия удара. Материалы, которые могли бы справится с этой задачей, могут быть созданы из экзотических сплавов. Но сложность процессов и редкость таких материалов сделает солнечные батареи слишком дорогими.

И поэтому исследователи начали возвращаться к ржавчине. У оксида железа идеальная энергия удара – 2,1 эВ, это не токсичный материал и самое главное дешевый. Что еще важнее, этот материал повсеместно изобилен и никак не зависит от политических настроений в мире.

Несмотря на все положительные качества оксида железа, есть много проблем, которые ученым предстоит решить. Например, теоретические исследования лимита превращения солнечной энергии в водород определяют показатель в 16,8 процентов. Но только то, что ржавчина имеет подходящие физические свойства для электролиза воды, не означает, что этот процесс должен происходить без посторонней помощи. «На сегодняшний день этот материал не работает достаточно хорошо», говорит Nate Lewis из Калифорнийского Технологического Института в Пасадене, «Но это не значит, что мы не заставим его работать как надо».

Еще одна важная проблема – взрывоопасность процессов производства водорода. Ученые работают над рядом решений этой проблемы. Например, исследователи из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии недавно использовали наночастицы натрийборгидрида для хранения водорода. В нормальных условиях для извлечения водорода эта соль должна быть нагрета до 550 градусов Цельсия, но при использовании ноночастиц, достаточно и 50 градусов Цельсия. Это многообещающая разработка для портативного использования водорода.

Учитывая экономические реалии солнечной энергетики, открытие 1975 года слабых токов в оксиде железа под действием солнечных фотонов могут стать источником возобновляемой энергии для всей планеты.

Источник: Newscientist

• < Использование природных процессов для производства водорода
• Просто добавь воды: Как ученые используют кремний для производства водорода >

Комментарии: