Znajdź zawartość

Profesor Marc Baldo z Massachsetts Institute of Technology (MIT) opracował ciekawą metodę pozyskiwania energii słonecznej. Zdaniem Baldo może być ona konkurencyjna wobec energii z paliw kopalnych. Obecnie energię słońca uzyskujemy dzięki ogniwom słonecznym, skomplikowanym i drogim urządzeniom elektronicznym. Im większa powierzchnia ogniwa, tym wyższy koszt jego wytworzenia. Dlatego też produkuje się niewielkie ogniwa, a światło Słońca jest na nich skupiane przez soczewki lub lustra. To z kolei powoduje, że konieczne jest tworzenie całych złożonych systemów, które są ciężkie i wymagają użycia kosztownych systemów sterowania tak, by soczewki czy lustra były zwrócone w stronę Słońca. Baldo wpadł na inny pomysł. Pokrył on taflę szklaną różnymi barwnikami. Działają one podobnie jak światłowody, każdy z nich pochłania określoną długość fali światła słonecznego, a następnie emituje inną do wnętrza tafli szkła. Ta z kolei przesyła je w kierunku krawędzi, na których znajdują się naklejone paski z ogniwami pochłaniającymi światło i generującymi prąd. Im większa powierzchnia tafli w stosunku do jej grubości, tym więcej światła jest wychwytywane, a koszt uzyskania energii - niższy. Farby użyte przez Baldo do pokolorowania szkła powstają z obecnie dostępnych barwników. Korzystają z nich przemysł samochodowy czy elektroniczny. Ich wspólną cechą jest fakt, iż mogą być latami wystawione na działanie Słońca i nie blakną. Z proszków tworzone są barwniki w płynie, które następnie odpowiednio się miesza. To właśnie opracowanie właściwych kolorów sprawiało największą trudność. Precyzyjne dobranie składowych jest bardzo ważne. Źle dobrane spowodują, że duża ilość światła będzie pochłaniana przez sam barwnik i do krawędzi szkła dotrze go niewiele, nie będzie więc można produkować dużych tafli wytwarzających tanią energię. Baldo udało się stworzyć odpowiednie kolory, które pochłaniają jedną długość fali, ale za to emitują inną, która dociera do krawędzi. Różne długości fali niosą ze sobą różną ilość energii (ultrafiolet ma jej najwięcej, a podczerwień - najmniej). Ogniwa słoneczne są dostosowane do pracy z różnymi długościami fali. W tradycyjnym systemie pozyskiwania energii z naszej gwiazdy najbardziej pożądaną sytuacją jest taka, w której wyłapują one cały zakres długości fal. Jednak wymaga to użycia wielu ogniw i koncentratorów, co czyni cały system nieopłacalnym. Tafle szklane Baldo, dzięki odpowiedniemu malunkowi, można dostosowywać tak, by pozyskiwały energię z interesujących nas zakresów. Następnie z malunkiem można skojarzyć odpowiadające danej fali światła ogniwa słoneczne zamknięte w jednym urządzeniu. Baldo pokazuje, jak to zrobić. Najpierw odpowiednio maluje swoją taflę szklaną, tak, by pozyskiwać fale światła z zakresu "wysokich energii". Następnie umieszcza ją w ramie, w którą wkłada ogniwa słoneczne dla "wysokich energii". Pod taflą znajduje się natomiast ogniwo pracujące ze światłem od czerwonego do podczerwonego, czyli z tym, które zapewnia mniej energii. Korzyść z takiego systemu jest oczywista. Mamy pojedynczy koncentrator światła, czyli taflę szklaną Baldo, który bezpośrednio pozyskuje energię z bardziej energetycznego zakresu fal, a jednocześnie działa jako koncentrator dla położonego poniżej ogniwa pracującego ze światłem czerwonym i podczerwonym. Z wyliczeń Baldo wynika, że taki system już w tej chwili obniża koszt pozyskania energii słonecznej o 30%. Profesor Blado mówi, że dalsze obniżenie kosztów to kwestia czasu. Potrzebne są jedynie doskonalsze barwniki, przede wszystkim czerwone, które w najbliższych latach z pewnością tak czy inaczej powstaną. Ponadto z czasem będą też spadały koszty samych ogniw. Zdaniem Baldo w ciągu kilku lat jego technologia pozwoli na obniżenie produkcji elektryczności ze światła słonecznego do poziomu kosztów produkcji jej z węgla. Baldo wraz z kolegami założyli firmę Covalent Solar, która zajmie się przygotowaniem rynkowego debiutu nowej technologii. Ma ona trafić do sprzedaży w ciągu trzech najbliższych lat.

Caltech (California Institute of Technology) poinformował właśnie, że od roku 2013 Donald Bren – najbogatszy deweloper w USA – wraz z żoną Brigitte przekazali uczelni ponad 100 milionów dolarów na prace nad pozyskiwaniem energii słonecznej w przestrzeni kosmicznej i przesyłaniem jej na Ziemię. Dzięki nim w roku 2022 lub 2023 w przestrzeń kosmiczną trafi pierwsza testowa instalacja. Majątek 89-letniego Brena jest wyceniany na 15–16 miliardów dolarów. Dorobił się olbrzymich pieniędzy na budowie nieruchomości. Jest skrytym człowiekiem, rzadko udziela wywiadów. Przeznacza duże kwoty na działalność charytatywną. Wiadomo, że setkami milionów dolarów wspiera edukację, naukę i ochronę środowiska. W ciągu ostatnich 30 lat przekazał też 220 km2 terenów na potrzeby parków, rezerwatów i terenów rekreacyjnych. O tym, że woli pozostawać w cieniu może świadczyć sam fakt, że o finansowaniu przez Brena Space Solar Power Project poinformowano dopiero po 8 latach. Wysoka orbita okołoziemska to bardzo dobre miejsce do pozyskiwania energii słonecznej. Słońce nigdy tam nie zachodzi, nie formują się chmury. Od dawna jest ona przedmiotem zainteresowania inżynierów. Jednak dotychczasowe projekty były nierealistyczne. Zbyt wielkie, by mogły się udać. Zakładały bowiem zbudowanie olbrzymich wielokilometrowych struktur pozyskujących energię, która następnie za pomocą laserów lub mikrofal byłaby przesyłana na Ziemię. Budowa takich struktury wymagałaby startów setek rakiet. Tym, czego naprawdę potrzebowaliśmy była zmiana paradygmatu technologicznego, mówi profesor Harry Atwater, kierujący Space Solar Power Project. Zamiast urządzenia, które waży kilogram na metr kwadratowy, możemy obecnie stworzyć system o macie 100-200 gramów na metr kwadratowy i mamy plany zejścia z masą do 10-20 gramów na m2, informuje uczony. Największa zmiana w myśleniu zaszła w samej budowie paneli słonecznych. Naukowcy z Caltechu budują modułowe panele. Każde z lekkich galowo-arsenkowych ogniw jest mocowane do „kafelka” o powierzchni 100 cm2. Każdy z „kafelków” – i to właśnie ma być kluczem do sukcesu – jest indywidualną stacją słoneczną, wyposażoną z fotowoltaikę, elektronikę oraz przekaźnik mikrofalowy. „Kafelki” będą łączone w większe moduły o powierzchni kilkudziesięciu metrów kwadratowych, a tysiące takich modułów będą tworzyły heksagonalną stacją o kilkukilometrowej długości. Jednak moduły nie będą ze sobą połączone. Nie będzie ciężkich kabli czy rusztowań. Myślimy o tym jak o ławicy ryb. To zestaw identycznych niezależnych elementów latających w formacji, mówi Atwater. Transmisja na Ziemię będzie odbywała się za pomocą mikrofal. Sygnały z poszczególnych „kafelków” będą synchronizowane, co pozwoli na wycelowanie ich w naziemny odbiornik bez potrzeby używania ruchomych części. Całość zaś będzie bezpieczna. Promieniowanie mikrofalowe jest promieniowaniem niejonizującym, a gęstość przesyłanej energii będzie taka, jak gęstość energii słonecznej. Miną jednak lata, zanim na co dzień będziemy korzystali z tego typu rozwiązań. Wcześniej czy później przesyłanie energii z kosmosu na Ziemię stanie się codziennością. Do optymizmu skłaniają zarówno spadające koszty lotów w kosmos, jak i intensywne prace, prowadzone np. przez agencje kosmiczne z USA, Chin czy Japonii. Niewykluczone jednak, że pierwsze urządzenia zasilane w ten sposób nie będą znajdowały się na Ziemi, a w kosmosie. Może się bowiem okazać, że przesyłanie energii mikrofalowej z farm orbitalnych do satelitów czy stacji kosmicznych jest rozwiązaniem bardziej praktycznym, niż konieczność wyposażania satelitów i stacji we własne panele słoneczne. « powrót do artykułu

Każdego dnia do Ziemi dociera około 12,2 miliarda kilowatogodzin energii słonecznej. Ludzkość potrafi wykorzystać jedynie niewielki jej ułamek na potrzeby produkcji energii. Do tego celu używamy drogich, niezbyt wydajnych ogniw słonecznych. Profesor Stephen Rand z University of Michigan, dokonał odkrycia, które być może pozwoli na pozyskiwanie energii Słońca bez potrzeby używania ogniw. Naukowiec ze zdumieniem zauważył, że po przepuszczeniu światła przez silnie izolujący materiał, niezwykle słabe właściwości magnetyczne światła uległy zwielokrotnieniu. Dotychczas świetlnego magnetyzmu w ogóle nie brano pod uwagę w badaniach nad pozyskiwaniem energii, gdyż efekt ten - jak sądzono - jest niezwykle słaby. Tymczasem badania Randa pokazały, że pole magnetyczne światła może być 100 milionów razy silniejsze niż przypuszczano. Rand uważa, że jego odkrycie zaszokuje fizyków. Możesz przez cały dzień wpatrywać się w odpowiednie równania i tego nie dostrzeżesz. Nauczono nas, że to się nie zdarza. To bardzo dziwne zjawisko. Dlatego nie zauważono go przez ponad 100 lat - stwierdza uczony. Profesor Rand i jego doktorant William Fisher zauważyli, że w pewnych materiałach pole magnetyczne światła jest na tyle silne, że wygina ładunki elektryczne w kształt litery „C". Wygląda na to, że pole magnetyczne zagina elektrony w C i za każdym razem nieco się one przesuwają. Takie wygięcie prowadzi do pojawienia się dipolu elektrycznego i magnetycznego. Jeśli moglibyśmy ustawić je w rzędzie w długim włóknie, uzyskalibyśmy olbrzymie napięcie, które można wykorzystać jako źródło energii - mówi Fisher. Niestety, nie ma róży bez kolców. Taki efekt występuje w obecności izolatorów. Zauważymy go w szkle, ale pod warunkiem, iż oświetlimy je bardzo intensywnym światłem, rzędu 10 milionów watów na centymetr kwadratowy. Tymczasem Słońce zapewnia około 0,012 wata na centymetr kwadratowy. Jednym z rozwiązań problemu byłoby znalezienie innych materiałów oraz skonstruowanie sprzętu zwiększającego intensywność promieni słonecznych na podobieństwo koncentratorów wykorzystywanych przy ogniwach fotowoltaicznych. W naszej najnowszej pracy dowodzimy, że światło słońca jest teoretycznie niemal tak samo efektywne w produkcji energii, jak światło lasera. Stworzenie nowoczesnych ogniw słonecznych wymaga zaawansowanych technik obróbki krzemu. A tymczasem tutaj jedyne czego potrzebujemy to soczewki skupiające światło i włókno przewodzące prąd. Szkło spełnia obie role. Jego produkcja jest dobrze znana i nie wymaga wielu zabiegów. A przezroczysta ceramika może sprawować się nawet lepiej - dodaje Fisher. Zdaniem obu naukowców, nowa technologia pozwoli na pozyskiwanie nawet 10% energii Słońca, a będzie znacznie tańsza od obecnie stosowanych.

Najbardziej obfitym i najłatwiej dostępnym źródłem odnawialnej energii jest Słońce. Jednak dotychczas, by wykorzystać jego potencjał, konieczne jest wykonanie wielu kroków pośrednich, które w efekcie pozwolą np. napędzać maszynę dzięki energii pozyskanej z naszej gwiazdy. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley stworzyli proste, wodne maszyny napędzane bezpośrednio przez Słońce. Teoretycznie można je skalować tak, by otrzymać pompy generujące energię. "Słoneczne maszyny" działają dzięki zjawisku napięcia powierzchniowego. Molekuły wody silnie na siebie oddziałują i, jak się okazało, można to oddziaływanie wykorzystać do poruszania obiektów po powierzchni wody. Urządzenia z Berkeley to kawałki przezroczystego plastiku, którego najdłuższa krawędź ma około centymetra. Pokryto je paskami ułożonych wertykalnie węglowych nanorurek. Jeśli teraz na taką maszynę pada światło Słońca, nanorurki się podgrzewają i ogrzewają wodę wokół. To zmniejsza napięcie powierzchniowe z jednej strony kawałka plastiku, który w efekcie jest odpychany od miejsca o niższym napięciu. Prace nad poruszanymi światłem słonecznym maszynami prowadzili Alex Zettl, profesor fizyki materii skondensowanej oraz profesor chemii i inżynierii chemicznej Jean M. J. Frechet. Profesor Zettl mówi, że warto je kontynuować, gdyż siły napięcia powierzchniowego są bardzo duże, a więc być może uda się je wykorzystać. Uczeni zademonstrowali dwie maszyny. Pierwsza z nich to łódka z nanorurkami przylepionymi z tyłu. Po oświetleniu nanorurek płynęła ona do przodu. Maksymalne prędkość łódki o długości 1 cm wynosiła 8 centymetrów na sekundę. Druga z maszyn to prosty wirnik. Do każdego z jego czterech skrzydeł przymocowano z jednej strony nanorurki. Po wystawieniu na działanie światła słonecznego kręcił się on z prędkością około 70 obrotów na minutę. Zettl i Frechet rozpoczęli swoje eksperymenty od małych obiektów, ponieważ poruszanie ich po wodzie stanowi poważne wyzwanie. W tej skali występujące turbulencje stanowią poważną przeszkodę. Ponadto w nanoskali napięcie powierzchniowe działa silniej niż grawitacja. Obaj uczeni mają nadzieję, że ich prace przyczynią się do powstanie przydatnych w medycynie miniaturowych urządzeń napędzanych laserem i korzystających z napięcia powierzchniowego płynów ustrojowych. Chcieliby też stworzyć nanowirniki do generatorów energii elektrycznej. Planują również wybudowanie dużej łodzi, która, po umieszczeniu z tyłu soczewek i nanorurek, byłaby napędzana Słońcem. Dean Alhorn, pracujący w NASA nad napędzanym słońcem satelitą NanoSail-D chwali prace swoich kolegów. Zauważa jednak, że muszą jeszcze dowieść, iż siła Słońca i napięcia powierzchniowego jest na tyle duża, by np. pokonać fale na otwartym akwenie.

Naukowcy z MIT-u (Massachusetts Institute of Technology) poinformowali o dokonaniu przełomowego odkrycia, które w niedalekiej przyszłości zamieni światło słoneczne z marginalnego w główne źródło czystej energii. Akademicy opracowali bowiem tanią prostą metodę przechowywania energii. Dotychczas z energii słońca można było korzystać tylko w dzień, gdyż jej przechowywanie jest bardzo drogie i mało efektywne. Wykorzystanie energii słonecznej zawsze miało poważne ograniczenia. Teraz myślimy o Słońcu jako o niewyczerpanym źródle energii, z którego już wkrótce będziemy mogli korzystać - mówi profesor Daniel Nocera, jeden z głównych autorów studium. To wielkie odkrycie o olbrzymim znaczeniu dla przyszłości ludzkości - mówi Barber. Nie można go przecenić, gdyż umożliwia opracowanie technologii, które zmniejszą naszą zależność od paliw kopalnych, a jednocześnie pomogą w walce ze zmianami klimatycznymi - dodaje. Obecnie używane przemysłowe procesy elektrolizy, dzięki którym przeprowadza się rozkład wody na tlen i wodór, mają spore wady w porównaniu z technologią Nocery. Wykorzystywane są w nich bowiem bardzo drogie elektrody, a cały proces przebiega w silnie zasadowym środowisku. Sam Nocera mówi, że prace jego zespołu to dopiero początek. Jego zdaniem naukowcy wykorzystają nową technologię i w ciągu 10 lat rozpocznie się rewolucja, której skutkiem będzie ograniczenie scentralizowanych systemów produkcji i dystrybucji energii. Każdy właściciel domu będzie mógł korzystać za dnia z energii słońca, której nadmiar zostanie wykorzystany do przeprowadzenia elektrolizy wody, dzięki czemu zapewni sobie energię wówczas, gdy słońce nie świeci.

Przechowywanie energii słonecznej w postaci chemicznej ma tę przewagę nad przechowywaniem jej w elektrycznych akumulatorach, że energię taką można zachować na długi czas. Niestety, taki sposób ma też i wady - związki chemiczne przydatne do przechowywania energii ulegają degradacji po zaledwie kilku cyklach ładowania/rozładowywania. Te, które nie degradują, zawierają ruten - rzadki i drogi pierwiastek. W 1996 roku udało się znaleźć molekułę - fulwalen dirutenu - która pod wpływem światła słonecznego przełącza się w jeden stan i umożliwia kontrolowane przełączanie do stanu pierwotnego połączone z uwalnianiem energii. W ubiegłym roku profesor Jeffrey Grossman wraz ze swoim zespołem z MIT-u odkryli szczegóły działania fulwalenu dirutenu, co dawało nadzieję na znalezienie zastępnika dla tej drogiej molekuły. Teraz doktor Alexie Kolpak we współpracy z Grossmanem znaleźli odpowiednią strukturę. Połączyli oni węglowe nanorurki z azobenzenem. W efekcie uzyskali molekułę, której właściwości nie są obecne w obu jej związkach składowych. Jest ona nie tylko tańsza od fulwalenu dirutenu, ale charakteryzuje się również około 10 000 razy większą gęstością energetyczną. Jej zdolność do przechowywania energii jest porównywalna z możliwościami baterii litowo-jonowych. Doktor Kolpak mówi, że proces wytwarzania nowych molekuł pozwala kontrolować zachodzące interakcje, zwiększać ich gęstość energetyczną, wydłużać czas przechowywania energi i - co najważniejsze - wszystkie te elementy można kontrolować niezależnie od siebie. Grossman zauważa, że olbrzymią zaletą termochemicznej metody przechowywania energii jest fakt, że to samo medium wyłapuje energię i ją przechowuje. Cały mechanizm jest zatem prosty, tani, wydajny i wytrzymały. Ma on też wady. W takiej prostej formie nadaje się tylko do przechowywania energii cieplnej. Jeśli potrzebujemy energii elektrycznej, musimy ją wytworzyć z tego ciepła. Profesor Grossman zauważa też, że koncepcja, na podstawie której stworzono funkcjonalne nanorurki z azobenzenem jest ogólnym pomysłem, który może zostać wykorzystany także w przypadku innych materiałów. Podstawowe cechy, jakimi musi charakteryzować się materiał używany do termochemicznego przechowywania energii to możliwość przełączania się w stabilne stany pod wpływem ciepła oraz istnienie odkrytego przez Grossmana w ubiegłym roku etapu przejściowego, rodzaju bariery energetycznej pomiędzy oboma stabilnymi stanami. Bariera musi być też odpowiednia do potrzeb. Jeśli będzie zbyt słaba, molekuła może samodzielnie przełączać się pomiędzy stanami, uwalniając energię wtedy, gdy nie będzie ona potrzebna. Zbyt mocna bariera spowoduje zaś, że pozyskanie energii na żądanie będzie trudne. Zespół Grossmana i Kolpak szuka teraz kolejnych materiałów, z których można będzie tworzyć molekuły służące do termochemicznego przechowywania energii.

Ciągły rozwój technologii powoduje, że energetyka słoneczna staje się coraz bardziej atrakcyjną alternatywą wobec innych sposobów produkcji energii. Farmy słoneczne powstają nawet w Kanadzie, amerykańska Solar Energy Intustries Association opublikowała właśnie raport za rok 2010, w którym donosi o niemal 2-krotnym powiększeniu się rynku energetyki słonecznej. W roku 2010 w USA zainstalowano różnego typu instalacje słoneczne, dostarczające 956 megawatów mocy. W sumie w USA z energii słonecznej pochodzi 2,6 gigawatów. To wciąż mniej niż 1% energii produkowanej na ternie Stanów, jednak rynek szybko się powiększa. W roku 2009 wartość inwestycji w energię pozyskiwaną ze Słońca wyniosła 3,6 miliarda USD. Rok później było to już około 6 miliardów. Oczywiście, najwięcej inwestycji dokonano tam, gdzie są one najbardziej opłacalne, a zatem w Kalifornii. Sporo zainwestowano na Florydzie, ale w położonym znacznie bardziej na północ New Jersey inwestycje były większe. Wraz ze wzrostem wydajności instalacji słonecznych, będą z pewnością rosły też nakłady inwestycyjne. Energia ze Słońca stanie się bowiem coraz bardziej konkurencyjna wobec innych źródeł i będzie można myśleć o jej ekonomicznym wykorzystaniu na terenach położonych coraz bardziej na północ. Analitycy Solar Energy Industries Association nie pokusili się o prognozowanie, czy i w roku 2011 uda się utrzymać szybkie tempo wzrostu inwestycji. Jednak organizacja chce, by do roku 2015 na terenie USA produkowano tyle energii ze Słońca, by wystarczyło to do zasilenia 2 milionów gospodarstw domowych. To oznacza, że moc elektrowni słonecznych musi wzrosnąć czterokrotnie w porównaniu z obecną mocą.

DARPA (Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych) ogłosiła, że w przyszłym roku rozpoczną się testy pojazdu Vulture II - prototypowego bezzałogowego samolotu napędzanego energią słoneczną. Tym, co będzie różniło Vulture od innych tego typu projektów to olbrzymie rozmiary oraz możliwość nieprzerwanego lotu przez... 5 lat. Vulture II jest budowany przez Boeinga, a w jego powstanie jest zaangażowana firma QinetiQ, twórca Zephyra. Vulture II - jego poprzednik, Vulture I, był tylko projektem konstruktorskim i nigdy nie wzbił się w powietrze - będzie korzystał z silników elektrycznych, do których energię dostarczą panele słoneczne zamontowane na skrzydłach o rozpiętości około 120 metrów. W nocy pojazd będzie zasilany z baterii ładowanych w ciągu dnia. Vulture ma latać w stratosferze i świadczyć takie same usługi, jak satelity czy sterowane przez pilotów samoloty. Bezzałogowy pojazd na energię słoneczną będzie znacznie tańszym rozwiązaniem niż oba wymienione. Vulture już podczas pierwszego lotu testowego pobije rekord świata. Obecnie należy on do Zephyra, który przez 2 tygodnie latał nad Arizoną. Vulture wzbije się w powietrze na 30 dni. Vulture ma być gotowy do regularnych lotów pod koniec 2014 roku. Pozostaje jednak pytanie, czy pojazd będzie naprawdę zdolny do pięcioletniego pozostawania w powietrzu nad dowolnym punktem globu, czy też pięć lat to maksimum jego możliwości przy założeniu idealnych warunków, a zatem Vulture będzie zdolny do tak długiej pracy jedynie w okolicach równika. http://www.youtube.com/watch?v=i6nw8nxZD5M

Inżynierowie ze Stanford University ogłosili przełom w pozyskiwaniu energii ze Słońca. Opracowana przez nich technologia pozwala na dwukrotne zwiększenie wydajności ogniw słonecznych i obniżenie kosztów pozyskiwania energii słonecznej do takiego poziomu, że staje się ona konkurencyjna wobec energii z ropy naftowej. Amerykańscy uczeni opracowali metodę na jednoczesne wykorzystanie światła i ciepła słonecznego i nazwali swoją technologię "termoelektryczną emisją wspomaganą fotonami" (PETE - photon enhaced thermionic emission). Wydajność obecnie stosowanych ogniw fotowoltaicznych spada, gdy rośnie temperatura. W PETE wraz ze wzrostem temperatury rośnie i wydajność. To naprawdę przełom. To nowy proces konwersji energii, a nie po prostu nowy materiał czy nieco zmieniona budowa - mówi szef grupy badawczej, profesor Nick Melosh. Wyzwaniem było udowodnienie, że nasz pomysł działa. Pokazaliśmy jednak, że fizyczny mechanizm stojący u jego podstaw, naprawdę istnieje. I że wszystko odbywa się tak, jak obiecywaliśmy - dodaje. Obecnie mniej niż 50% energii docierającej do ogniw fotowoltaicznych jest przechwytywana. Reszta zostaje zmarnowana w postaci ciepła. Dotychczas nie potrafiono go wykorzystać. Co gorsza, im na zewnątrz było cieplej, tym mniej energii przechwytywały ogniwa. Melosh i jego współpracownicy doszli do wniosku, że wystarczy pokryć krzem - wykorzystywany do budowy ogniw - cienką warstwą cezu, by móc wykorzystać zarówno światło jak i ciepło. Pokazaliśmy nowy fizyczny proces, który nie opiera się na standardowym mechanizmie fotowoltaicznym, ale prowadzi do pojawienia się podobnej do fotowoltaicznej odpowiedzi w bardzo wysokich temperaturach. Prawdę mówiąc, im jest cieplej, tym lepiej to działa - mówi Melosh. Obecnie większość ogniw po rozgrzaniu się do temperatury 100 stopni Celsjusza przestaje pracować. Ogniwa Melosha osiągają szczyt swoich możliwości w ponad 200 stopniach. PETE działa więc najlepiej tam, gdzie temperatury znacznie przekraczają te, na które wystawione są panele na dachu domu. Dlatego też najlepiej sprawdzą się w dużych instalacjach, w których używane są paraboliczne koncentratory. Tam temperatury dochodzą do 800 stopni Celsjusza. Twórcy PETE uważają, że najbardziej efektywnym rozwiązaniem będzie w tym przypadku budowa systemów hybrydowych. Z samego PETE uzyskamy bowiem w przypadku zastosowania koncentratorów do 50% wydajności. Jeśli jednak wspomożemy go dodatkowym systemem konwersji ciepła w energię elektryczną, wydajność wzrośnie do 55-60%. To niemal trzykrotnie więcej niż uzyskujemy obecnie. Z obliczeń wynika, że po zastosowaniu odpowiedniego materiału półprzewodnikowego - najprawdopodobniej arsenku galu (podczas prób laboratoryjnych wykorzystano mniej wydajny azotek galu), z PETE uda się wycisnąć maksimum możliwości. Dodatkową zaletą tej technologii jest fakt, że dzięki zastosowaniu koncetratorów i dużej wydajności pojedynczego ogniwa, można znacząco zmniejszyć powierzchnię ogniw, czyli zaoszczędzić na kosztach ich budowy czy zakupu ziemi. Nawet jeśli nie osiągniemy najwyższej teoretycznej wydajności, powiedzmy, że uda nam się zwiększyć wydajność z obecnych 20 do 30 procent, to i tak jest to o 50% więcej, niż to, co jesteśmy w stanie obecnie osiągnąć - zauważa Melosh. A taki wzrost oznacza, że energia słoneczna może stać się konkurencyjna cenowo wobec energii z ropy naftowej.

Sol Cinema to kino w całości zasilane energią słoneczną. To w zasadzie minikino, ponieważ wygodnie pomieści się w nim 8 dorosłych bądź 12 dzieci. Właściciele wyświetlają za darmo krótkie filmy o tematyce ekologicznej, komedie i muzyczne teledyski. Za popcorn trzeba już zapłacić. Dodatkowymi atrakcjami są iście gwiazdorskie wejście po czerwonym dywanie oraz obsługa starannie wystylizowanej bileterki. Dwa 120-watowe panele ładują cztery baterie litowo-jonowe, takie jak akumulatory wykorzystywane w samochodach elektrycznych. Kino to wyremontowana dzięki wsparciu finansowemu organizacji charytatywnej Undercurrents przyczepa kempingowa z lat 60. Za głównego projektanta i konstruktora należy uznać Jo Furlonga. Pomagały mu Ami i Beth Marsden. Dzięki nim Sol Cinema działa nieprzerwanie od 2009 r. Twórcy wynajmują kino na imprezy organizowane na terenie Wielkiej Brytanii oraz Irlandii. Zapewniają lokum, projektor z wbudowanymi diodami LED oraz dobrą zabawę dla widzów w każdym wieku. http://www.youtube.com/watch?v=Ye8gs1MN-eM

Obecnie wykorzystuje się dwa sposoby pozyskiwania energii słonecznej. Jeden zakłada wykorzystanie ogniw fotowoltaicznych, które zamieniają ją w energię elektryczną, a drugi polega na podgrzaniu wody i albo uzyskaniu pary do obracania turbiny wytwarzającej elektryczność, albo użycia jej do ogrzewania budynków. Znana jest też teoretycznie metoda termochemiczna, jednak od kilkudziesięciu lat nikt nie potrafi jej wykorzystać. Zakłada ona przechwytywanie i przechowywanie energii w molekułach, które miałyby ją uwalniać na żądanie. Ma ona dwie kolosalne zalety; nie wymaga stosowania izolacji zapobiegającej niekontrolowanemu uwalnianiu się ciepła i pozwala przechowywać energię przez lata. Intensywne badania nad metodą termochemiczną prowadzono w latach 70. ubiegłego wieku, jednak nie potrafiono wówczas znaleźć cząsteczki, która pod wpływem światła słonecznego przełączałaby się w jeden stan i umożliwiałaby jego kontrolowane przełączenie do stanu pierwotnego, połączone z uwolnieniem przechowywanej energii. Dopiero w roku 1996 udało się znaleźć odpowiednią molekułę - fulwalen dirutenu. Niestety, zawierała ona rzadki i drogi ruten, nie nadawała się więc do powszechnego użycia. Ponadto nikt nie rozumiał, w jaki sposób działa, co z kolei uniemożliwiło znalezienie jej tańszego odpowiednika. Dopiero teraz naukowcom z MIT-u udało się odkryć zasadę działania wspomnianej cząstki. Dzięki temu możliwe będzie znalezienie jej tańszego zamiennika. Dotychczas wiedziano, że molekuła, pod wpływem światła słonecznego, przechodzi zmianę strukturalną i wchodzi na wyższy stan energetyczny, na którym może pozostać dowolnie długo. Pod wpływem ciepła lub katalizatora powraca do stanu pierwotnego, uwalniając energię cieplną. Uczeni z MIT-u dowiedzieli się obecnie, że istnieje też stan pośredni, który odgrywa zasadniczą rolę w całym procesie. Molekuła znajduje się w tym półstabilnym stanie podczas przejścia między oboma stanami stabilnymi. Tego się nie spodziewaliśmy - mówi profesor Jeffrey Grossman. Istnienie stanu przejściowego wyjaśnia, dlaczego molekuła jest tak bardzo stabilna, dlaczego cały proces jest odwracalny i dlaczego dotychczas nie udało się znaleźć zastępnika dla niej. Profesor Grossman dodaje, że gdyby wyprodukować z fulwalenu dirutenu paliwo do baterii przechowujących energię słońca, to mogłoby ono generować temperaturę nawet 200 stopni Celsjusza. To wystarczyłoby do ogrzania domów czy napędzenia silników elektrycznych. Grossman jest przekonany, że po przeprowadzeniu symulacji, badań i przejrzeniu bazy danych z dziesiątkami milionów molekuł uda się znaleźć tani zastępnik dla fulwalenu dirutenu. Przed naukowcami stoją jeszcze dwa najważniejsze zadania. Pierwsze, to opracowanie taniej metody syntetyzowania cząstki, która będzie miała takie właściwości jak fulwalen dirutenu oraz znalezienie katalizatora dla niej. Aby odpowiedzieć na te pytania Grossman chce nawiązać współpracę z Danielem Nocerą, o którego przełomowych badaniach informowaliśmy przed dwoma laty.

W pościgu za ekologicznymi i odnawialnymi źródłami energii głównym źródłem wydaje się nasze słońce. Technologie ogniw fotowoltaicznych (nazywanych popularnie bateriami słonecznymi) są jeszcze mocno niedoskonałe, a naukowcy już szukają innych, ambitniejszych sposobów. Energia uchodzi ze słońca nie tylko pod postacią światła (czy ogólniej: promieniowania). Górne warstwy atmosfery naszej gwiazdy emitują ciągły strumień naładowanych cząstek elementarnych, nazywanych (niezupełnie słusznie) wiatrem. Niosą one ogromną energię, która czasem, zwłaszcza podczas burz słonecznych objawia nam się pod postacią zorzy polarnej lub zakłóceń łączności. Na ziemię wiatr słoneczny nie dociera, zatrzymuje go ziemskie pole magnetyczne, bez którego zresztą strumień cząstek mógłby być dla nas zabójczy. Ale w przestrzeni międzyplanetarnej? Japończykom udało się wykorzystać wiatr słoneczny do napędzania niewielkiej sondy kosmicznej, czy nie dałoby się w ten sposób przechwytywać większych ilości energii? Ależ dałoby się. Konkretne rozwiązanie, z wykorzystaniem wielkiego żagla, zaproponował zespół naukowców Washington State University. Według wyliczeń inżynierów zaledwie dziesięciometrowy żagiel, połączony trzystumetrowym miedzianym drutem z odpowiednim odbiornikiem, dawałby ilość energii wystarczającą do zaopatrzenia w energię tysiąca gospodarstw domowych. Satelitarna elektrownia wiatrowa, umieszczona pomiędzy Słońcem a Ziemią mogłaby dostarczyć miliard miliardów gigawatów mocy (miliard razy więcej niż obecne zapotrzebowanie ludzkości) - wystarczyłby do tego kilometrowej długości przewód i żagiel o przekątnej ośmiu i pół tysiąca kilometrów. Nie potrzebujemy aż tyle, ale łatwo się zorientować, że zbudowanie kosmicznej elektrowni zaspokajającej wszystkie nasze potrzeby jest w zasięgu ludzkiej technologii. Niestety, na wykorzystanie tego pomysłu nie ma co liczyć z jednego powodu - nikt nie ma pojęcia, jak skutecznie przesłać energię z satelity na powierzchnię ziemi. Jeden z pomysłów to wykorzystanie wiązki laserowej - ale przy takiej odległości straty w wyniku rozpraszania byłyby zbyt wielkie, no i pozostaje jeszcze problem konwersji energii świetlnej na elektryczną, czyli znów wracamy do ogniw fotowoltaicznych i podobnych technologii. Problem pozostaje jednak otwarty i kto wie, może kiedyś...

Naukowcom z MIT-u udało się skopiować pomysł natury na przeprowadzanie fotosyntezy. Ich wynalazek już na etapie prototypu jest w stanie zamienić w energię elektryczną aż 40% energii padającego nań promieniowania słonecznego. To znacznie więcej niż najdoskonalsze obecnie konwencjonalne ogniwa fotowoltaiczne. Jednym z największych problemów związanych z pozyskiwaniem energii ze Słońca jest fakt, iż promieniowanie słoneczne niszczy wiele materiałów, przez co stopniowo tracą one swoje właściwości. Natura radzi sobie z tym w ten sposób, że przechwytujące światło molekuły ulegają rozbiciu, a następnie ponownie zostają złożone. Dzięki temu element światłoczuły jest ciągle odnawiany, charakteryzuje się zatem wysoką wydajnością. Michael Strano, profesor chemii z MIT-u mówi, że na pomysł naśladowania natury wpadł, czytając o biologii roślin. Byłem naprawdę pod wrażeniem tego, jak wydajny jest mechanizm naprawy roślin. W lecie, w pełnym słońcu liść z drzewa odtwarza swoje proteiny co 45 minut - mówi uczony. Strano postanowił znaleźć sposób na naśladowanie tego mechanizmu. Wraz ze swoim zespołem wyprodukował sztuczne fosfolipidy w kształcie dysku. Fosfolipidy te stanowiły podstawę dla innych, światłoczułych molekuł, nazwanych tutaj centrami reakcji. Gdy uderzył weń foton, uwalniały one elektron. Dyski z fosfolipidów były zanurzone w roztworze zawierającym nanorurki, w których spontanicznie się z nimi łączyły. Nanorurki utrzymywały dyski w uporządkowanym ułożeniu tak, że wszystkie centra reakcji były jednocześnie wystawione na działanie słońca. Nanorurki przewodziły pozyskane elektrony. Gdy do całości dodano surfaktant, cała struktura rozpadała się na swoje części składowe, tworząc zawiesinę. Z kolei po usunięciu surfaktantu - co uzyskiwano przepychając roztwór przez membranę - ponownie dochodziło do spontanicznego zorganizowania się wszystkich składowych w ogniwo fotowoltaiczne. Uczeni zbudowali prototyp według wcześniej opracowanych teoretycznych założeń. Badania wykazały, że po 14 godzinach pracy i ciągłego rozbijania oraz ponownego składania ogniwa, nie występuje żaden spadek jego wydajności. Teoretyczna wydajność takiego systemu jest bliska 100 procentom. Obecnie naukowcy szukają sposobu na zwiększenie w roztworze koncentracji struktur budujących ogniwo. Prototyp zawierał ich niewiele, dlatego też produkował bardzo mało elektryczności na jednostkę powierzchni.

Na Sycylii otwartą pierwszą na świecie elektrownie słoneczną wykorzystującą technologię skoncentrowanej energii (CSP), w której zamiast zwyczajowego oleju użyto roztopionej soli. Substancję tę można rozgrzewać do temperatury bliskiej 600 stopniom Celsjusza i jest ona w stanie przechowywać więcej ciepła niż syntetyczne oleje. Dzięki takiemu rozwiązaniu nowa elektrownia będzie mogła produkować prąd po zachodzie słońca czy w dni pochmurne. Ciepło z roztopionej soli jest wykorzystywane do podgrzewania wody, która napędza turbinę. Dotychczas niektóre elektrownie CSP wykorzystywały stopioną sól, ale tylko w roli substancji pomocniczej. Takie rozwiązania wymagają dwóch etapów transferu ciepła. Z oleju do soli i z soli do wody. To zwiększa stopień skomplikowania instalacji i zmniejsza jej efektywność. Elektrownia Archimede wytwarza 5 megawatów mocy, lustra zajmują powierzchnię 30 000 metrów kwadratowych, a instalacja z solą ma długość około 5 kilometrów. Całość kosztowała 60 milionów euro.

Wykorzystanie energii słonecznej kojarzy się głównie z generowaniem prądu elektrycznego za pomocą ogniw fotoelektrycznych. Trochę mniej z bezpośrednim wykorzystaniem ciepła słonecznego do ogrzewania. A co z wykorzystaniem ciepła słonecznego do chłodzenia? Moment, że jak? Nie, to nie pomyłka. Chociaż brzmi to niczym sprzeczność, ciepło promieniowania słonecznego może być wykorzystane do zasilania układu chłodzącego. Bez pośrednictwa energii elektrycznej, naturalnie, bo to nie byłoby nic nowego. Zasilane słońcem układy chłodzące opracowali inżynierowie z niemieckiego Instytutu Fraunhofera. Prototypowe instalacje już działają w Tunezji I Maroko, chłodząc szybko psujące się produkty żywnościowe, mleko, wodę i... wino. Projekt MEDISCO (MEDiterranean food and agro Industry applications of Solar COoling technologies), sfinansowany przez Komisję Europejską, powstał jako efekt współpracy wielu europejskich firm, agencji i uniwersytetów, między innymi Solar Energy Systems ISE we Freiburgu i Politechniki w Milano. Jak to działa? Mniej więcej tak, jak domowa lodówka, ale zamiast energii elektrycznej używa się ciepła słonecznego. Światło słoneczne jest zbierane za pomocą luster i kierowane na absorber, który podgrzewa wodę do temperatury powyżej 200° Celsjusza. Wysoka temperatura napędza absorpcyjny agregat chłodzący. Medium chłodniczym jest mieszanina wody z glikolem, która nie zamarza w niskich temperaturach, gromadzi się ona w zbiornikach, a następnie jest pompowana przez wymiennik ciepła, który chłodzi cysternę z mlekiem. Dla wina stosowany jest zmodyfikowany system, w którym chłodziwo przepływa przez rury biegnące wewnątrz zbiorników. Projekt doskonale będzie się sprawdzał w krajach, które mają pod dostatkiem energii słonecznej i na terenach mało cywilizowanych, gdzie brakuje źródeł wody i energii elektrycznej. Jest przyjazny dla środowiska i redukuje ilość zużywanej energii elektrycznej do minimum. Im większe nasłonecznienie - czyli wyższa temperatura powietrza - tym system chłodzi intensywniej, czyli działa właśnie wtedy, kiedy potrzeba. MEDISCO jest na razie projektem pokazowym, niegotowym do komercyjnych zastosowań. Autorzy są jednak pewni, że w niedługiej przyszłości będzie można go stosować w gospodarstwach rolniczych, czy przemyśle, na przykład chemicznym, czy kosmetycznym.

Jedną z metod przechowywania i zamieniania energii słonecznej na użyteczne paliwo, jest jej wykorzystanie do rozłożenia wody na tlen i wodór. Zespół profesor Angeli Belcher z Massachusetts Institute of Technology, opracował nowatorską wydajną metodę produkcji energii ze Słońca. Uczeni całkowicie pominęli proces pośredni, czyli wyłapywanie energii przez panele słoneczne. Zamiast nich wykorzystali genetycznie zmodyfikowane nieszkodliwe wirusy M13, których zadaniem jest związanie molekuł katalizatora (tlenek irydu) i biologicznego pigmentu (porfiryny cynkowe). W efekcie wirusy tworzą długie łańcuchy, które bardzo skutecznie rozbijają wodę na tlen i wodór. Z czasem jednak takie łańcuchy zbijałyby się w grupy i traciły na efektywności. dlatego też uczeni zamknęli je w kapsułach z żelu, dzięki którym utrzymywały efektywność i stabilność. Profesor Belcher już wcześniej próbowała wykorzystywać materiał roślinny do przeprowadzania podobnych operacji, jednak okazał się on bardzo niestabilny. Dlatego też postanowiła skorzystać nie z samego materiału, a z wykorzystywanych przez rośliny metod. W roślinach pigmenty absorbują światło, a katalizator jest wykorzystywany do przeprowadzenia reakcji. W metodzie MIT-u wirusy są wykorzystywane jako rodzaj rusztowania dla pigmentu i katalizatora tak, by dochodziło do absorpcji światła oraz reakcji. Pigment działa jak antena przechwytująca światło. Następnie energia jest transportowana po łańcuchu wirusów - wyjaśnia Belcher. Dzięki odpowiedniej konfiguracji wszystkich elementów udało się, w porównaniu do podobnych metod, czterokrotnie zwiększyć wydajność systemu. Uczeni pracują teraz nad drugim elementem systemu. Obecnie bowiem wodór jest rozbijany na protony i elektrony. Naukowcy chcą opracować sposób na to, by ponownie się one połączyły. Poszukiwany jest też tańszy i łatwiej dostępny zamiennik dla rzadkiego irydu, który został wykorzystany podczas wstępnych prac. Profesor Thomas Mallouk z Pennsylvania State University chwali osiągnięcia swoich kolegów z MIT-u. Dodaje przy tym, że nowy system, by móc konkurować z obecnie używanymi technologiami pozyskiwania energii ze Słońca, musi być 10-krotnie bardziej wydajny od naturalnej fotosyntezy, powinien wykorzystywać tańsze materiały, a reakcja musi być powtarzalna miliardy razy. Tak daleko idącego udoskonalenia nowego systemu nie należy się spodziewać w najbliższej przyszłości. Jednak pomysł ten może być decydującym elementem, który pomoże projektować takie systemy - dodał Mallouk. Profesor Belcher nie chciała nawet spekulować na temat daty rynkowej premiery nowej technologii. Stwierdziła jedynie, że w ciągu najbliższych dwóch lat chciałaby skonstruować prototypowe urządzenie, które będzie wykorzystywało opracowany przez jej zespół proces.

Profesor Mark Z. Jacobson z Uniwersytetu Stanforda, przeprowadził pierwsze porównawcze ilościowe badania różnych systemów produkcji energii. Wynika z nich, że najlepszymi metodami zwiększenia bezpieczeństwa energetycznego, zmniejszenia emisji do atmosfera oraz zredukowania liczby osób umierających z powodu zanieczyszczenia powietrza, są inwestycje w energię pozyskiwaną z wiatru i wody. Mają one przewagę zarówno nad biopaliwami, jak i nad energią nuklearną. W swoich badaniach Jacobson brał pod uwagę nie tylko możliwość wykorzystania danego sposobu produkcji energii jako źródła elektryczności dla gospodarstw domowych czy napędu dla pojazdów, ale również badał ich wpływ na źródła wody, środowisko, globalne ocieplenie, zdrowie człowieka, bezpieczeństwo energetyczne kraju oraz wymagania dotyczące zajmowanej przestrzeni i niezawodność. Profesor odkrył, że te źródła energii, o których obecnie mówi się najwięcej, zanieczyszczają środowisko od 25 do 1000 razy bardziej, niż najczystsze z możliwych źródeł. Alternatywne źródła energii, które są dobre, nie są tymi, o których najczęściej mówimy. Niektóre z rozważanych propozycji są koszmarne - mówi Jacobson. Jego zdaniem biopaliwa bazujące na etanolu uczynią więcej szkody dla ludzkiego zdrowia, środowiska naturalnego, ujęć wody czy gleby niż paliwa kopalne. Naukowiec mówi, że najlepszymi źródłami energii, w takiej właśnie kolejności, są: wiatr, skoncentrowana energia słoneczna (używanie luster do podgrzewania płynu), energia geotermalna, energia pływów morskich, energia słoneczna z ogniw fotowoltaicznych, energia fal morskich, energia uzyskiwania z przepływu wody. Z kolei najgorszymi formami pozyskiwania energii, w kolejności od najmniej do najbardziej szkodliwej, są: energia jądrowa, energia z węgla połączona z przechwytywaniem i sekwestracją związków węgla, etanol z kukurydzy, etanol z trawy. Pozyskiwanie biopaliwa z trawy powoduje większe zanieczyszczenie powietrza, wymaga większych areałów uprawy i ma bardziej negatywny wpływ na środowisko niż biopaliwa z kukurydzy. Uczony najpierw porównał różne źródła pozyskiwania energii na potrzeby transportu. Przyjął, że wszystkie samochody w USA to pojazdy albo elektryczne, albo korzystające z ogniw paliwowych, albo też napędzane etanolem E85. Z wyliczeń Jacobsona wynika, że najmniej obciążające dla środowiska naturalnego jest wykorzystanie turbin wiatrowych. Redukują one emisję dwutlenku węgla o 99% i wymagają wyjątkowo mało miejsca. Do zasilenia wszystkich samochodów w USA wystarczyłoby 0,5% powierzchni USA czyli 30-krotnie mniej niż w przypadku biopaliw. Jednocześnie uratowano by życie 15 000 osób rocznie, które obecnie umierają w Stanach Zjednoczonych z powodu zanieczyszczenia powietrza powodowanych przez ruch samochodowy. Ponadto produkcja energii w wiatru niemal nie wymaga użycia wody. Z kolei użycie etanolu nie przyczyni się do zmniejszenia liczby zgonów spowodowanych zanieczyszczeniami. Wszystkie amerykańskie samochody można zasilić od 73 do 144 tysiącami 5-megawatowych turbin wiatrowych. Jacobson przyrównuje to do 300 000 samolotów, jakie USA wybudowały w czasie II wojny światowej i mówi, że turbiny jest znacznie łatwiej budować. Politycy dużo obecnie mówią o konieczności wdrożenia programu robót, które dadzą ludziom pracę w obliczu kryzysu. Zatrudniając ludzi przy budowie turbin wiatrowych, farm słonecznych, zakładów energii geotermalnej, samochodów elektrycznych nie tylko damy im pracę, ale też zmniejszymy koszty opieki zdrowotnej, zredukujemy szkodliwy wpływ na środowisko i uzyskamy niewyczerpane źródło czystej energii - mówi Jacobsen. Podkreśla przy tym, że, wbrew obawom niektórych, pozyskiwanie energii z fal czy wiatru wcale nie oznacza uzależnienie się od kaprysów pogody. Wystarczy tylko odpowiednio sterować produkcją energii w wielu różnych lokalizacjach. Jednocześnie naukowiec skrytykował amerykański przemysł samochodowy, który promuje biopaliwa. To najgorsze miejsce do inwestowania pieniędzy. Biopaliwa są najgorszym wyborem w odchodzeniu od paliw kopalnych - mówi. Porównując emitowane zanieczyszczenia, Jacobsen stwierdza: pozyskiwanie energii z węgla z sekwestracją powoduje od 60 do 110 razy większe zanieczyszczenie niż energia wiatrowa. Energia nuklearna oznacza 25 razy więcej zanieczyszczeń niż wiatr.

Należące do amerykańskiego Departamentu Energii Idaho National Laboratory poinformowało o opracowaniu pierwszego przemysłowego procesu produkcji nanoanten zbierających energię ze Słońca i z innych źródeł na elastycznym podłożu. Oznacza to, że w przyszłości energia słoneczna może zasilać wiele różnych urządzeń, od samochodów po odtwarzacze MP3. Bez trudu będzie bowiem można umieścić na nich lekkie, elastyczne baterie słoneczne. Nanoanteny mogą być też wykorzystane do chłodzenia budynków czy elektroniki. I, co istotne, nie będzie trzeba specjalnie dostarczać do nich energii elektycznej. Nanoanteny wykorzystują promieniowanie w średnim paśmie podczerwieni. Jest ono bez przerwy emitowane przez naszą planetę, która oddaje w ten sposób ciepło uzyskane ze Słońca. Ziemia emituje je również w nocy, co czyni nanoanteny znacznie bardzie przydatne niż korzystające ze światła widzialnego ogniwa fotowoltaiczne. Tymczasem emisja w średnim paśmie podczerwieni to niezwykle bogate źródło energii. Każdy proces przemysłowy generuje odpadowe ciepło. To energia, która obecnie jest marnowana - mówi Steven Novack, jeden z inżynierów w INL. Naukowcy opracowali dotychczas nanoanteny, które potrafią dobrze wykorzystywać energię fal o niższych częstotliwościach np. mikrofal. Korzystanie z energii fali o wyższej częstotliwości, takiej jak fale podczerwone, jest trudniejsze, gdyż zmieniają one właściwości materiałów. Naukowcy z INL zbadali oddziaływanie podczerwieni na wiele różnych substancji, w tym na złoto, mangan i miedź. Na podstawie uzyskanych danych stworzyli komputerowy model nanoanteny. Okazało się, że nanoantena o odpowiednim kształcie i rozmiarach, zbudowana z odpowiednich materiałów, może zebrać aż 92% energii z podczerwieni. Następnie uczeni stworzyli nanoanteny za pomocą tradycyjnych metod. Umieścili je bowiem na krzemowym podłożu. Badania wykazały, że zbierają one ponad 80% energii promieniowania podczerwonego. Później za pomocą procesów drukarskich nałożyli nanoanteny na plastikowe podłoże. Wyniki badań wydajności takich nanoanten powinny być znane w najbliższej przyszłości, jednak wstępne rezultaty są bardzo obiecujące. Uczeni zauważają również, że nanoanteny mogą absorbować energię z podczerwieni i emitować ją w innej postaci, dzięki czemu będą świetnymi pasywnymi systemami chłodzącymi. Jednak, jak podkreślają, minie jeszcze sporo czasu zanim w praktyce wykorzystamy nanoanteny. Praktyczne wykorzystanie prądu powstającego w nanoantenach wymaga bowiem skonstruowania prostownika pracującego z częstotliwościami liczonymi w terahercach. Ponadto urządzenie takie musiałoby być około 1000-krotnie mniejsze, niż obecnie dostępne na rynku prostowniki. Jeśli uda się stworzyć takie urządzenia i będą one odpowiednio tanie, to nanoanteny na elastycznym podłożu staną się tanią, łatwą w produkcji i użyciu oraz bardziej wydajną alternatywą dla ogniw słonecznych. Tym bardziej, że manipulując ich kształtem i wielkością można dostosowywać je do pracy z różnymi długościami fali, a prace naukowców z INL pozwolą produkować je na olbrzymią skalę na plastikowych rolkach. Odpowiednio przycięte płachty plastiku mogą później pokryć dachy budynków czy gadżety elektroniczne.

IBM poinformował o dokonaniu przełomu w technologii ogniw fotowoltaicznych. Najnowsze odkrycia firmy powinny znacząco obniżyć koszt produkcji energii ze Słońca. Inżynierowie przyznają, że zainspirowały ich dzieci używające szkła powiększającego do koncentracji promieni słonecznych. Pracownicy Błękitnego giganta stworzyli więc soczewki, które na 1 centymetrze kwadratowym ogniwa skupiały aż 230 watów energii słonecznej. Jest ona zamieniana na 70 watów energii elektrycznej. Nowe ogniwa pozwalają więc uzyskać pięciokrotnie więcej mocy, niż ogniwa obecnie stosowane. Badania IBM-a pozwalają na przykład na 10-krotne zmniejszenie liczby ogniw koniecznych do uzyskania wymaganej ilości mocy. Dzieje się tak dlatego, że obecne ogniwa fotowoltaiczne mają moc 200 "słońc" ("słońce" to jednostka oznaczająca moc dostarczaną przez Słońce w południe, przy bezchmurnym niebie) i dostarczają do ogniwa 20 watów mocy na centymetr kwadratowy. Nowe ogniwa, jak już wspomniano, dostarczają jej 230 watów (ich moc wynosi zatem 2300 słońc). Największym wyzwaniem było schłodzenie ogniw, na które pada tak skoncentrowana wiązka energii. Skoncentrowanie na centymetrze kwadratowym około 2000 słońc powoduje powstanie temperatury powyżej 1600 stopni Celsjusza. To wystarczy do stopienia stali. Naukowcy IBM-a poradzili sobie z tym problemem wykorzystując opracowaną na potrzeby układów komputerowych technologię chłodzenia płynnym metalem. Dzięki niej udało się obniżyć temperaturę z ponad 1600 do zaledwie 85 stopni Celsjusza. System chłodzący wykorzystuje gal oraz ind i najbardziej efektywnym i, co ważne, tanim.

W fabryce Seata w Martorell zainstalowany zostanie jeden z najbardziej ambitnych projektów ekologicznych. Na dachu fabryki zamontowany zostanie gigantyczny panel słoneczny generujący „czystą" energię elektryczną. Dzięki temu w Martorell uniknie się emisji ponad 11 700 ton dwutlenku węgla. Po zainstalowaniu 8,5-megawatowych paneli system będzie w stanie wygenerować rocznie 11,2 GWh energii elektrycznej - stanie się to już pod koniec tego roku. Aby w pełni wykorzystać nasłonecznienie (a nie brakuje go w rejonie Martorell), Seat planuje pokryć panelami słonecznymi obszar ponad 66 tysięcy metrów kwadratowych (hale dystrybucyjne). Następny etap zakłada „obłożenie" panelami budynków produkcyjnych (o numerach 8, 9, 10 i 11), co poszerzy powierzchnię o dodatkowych 139 tysięcy metrów kwadratowych.

Jak wszyscy wiemy, w upalne dni asfalt może poparzyć, jeśli staniemy nań gołą stopą. Pewna holenderska firma postanowiła odzyskać ciepło z asfaltu i wykorzystać je do ogrzewania domów i biur. Firma Ooms Avernhorn Holding BV przeprowadziła już pierwsze eksperymenty i okazało się, że 100-metrowy odcinek afaltowej drogi oraz niewielki parking są w stanie zapewnić energię dla czteropiętrowego budynku. Z kolei holenderskie lotnictwo wojskowe wykorzystuje energię odzyskiwaną z płyty lotniska do ogrzania hangarów. Z nietypowego źródła energii korzysta też park przemysłowy w mieście Hoorn. Powierzchnia 15 000 metrów kwadratowych jest w nim ogrzewana zimą dzięki energii odzyskanej latem z 3400 metrów kwadratowych chodników. Road Energy System to jeden z najbardziej niezwykłych sposobów pozyskiwania energii słonecznej. Ludzie potrzebują energii, a tymczasem ta dostarczana przez naszą gwiazdę, jest w zdecydowanej większości niewykorzystana. W ciągu godziny Słońce dostarcza Ziemi więcej energii, niż jesteśmy jej w stanie wykorzystać w ciągu roku. Obecnie tylko 0,04% energii produkujemy ze Słońca. Dzieje się tak przede wszystkim dlatego, że koszty jej pozyskania są duże, a efektywność systemów odzyskiwania – mała. Jednak w ciągu kilku lat sytuacja możne się zmienić, gdyż inne alternatywne źródła energii mają sporo wad. Energia wiatrowa może być pozyskiwana tylko tam, gdzie wieją wystarczająco silne wiatry. Energię z pływów mórz czy oceanów można uzyskiwać tylko na wybrzeżach. Z kolei energia wodna wymaga rzek i budowania zapór wodnych, które negatywnie wpływają na środowisko naturalne. Nienajlepszym źródłem energii są też biopaliwa. Pod uprawę roślin trzeba przeznaczać tereny, przydatne do uprawy roślin spożywczych, a to wpływa na wzrost cen żywności. Tymczasem Słońce dostarcza energii praktycznie na całej planecie. Holenderski system to próba odzyskania tej energii i powstał jako metoda na zmniejszenie kosztów utrzymania dróg. Składa się on z siatki elastycznych rur, które umieszczane są pod asfaltem. Gdy gorący asfalt podgrzeje w nich wodę, jest ona pompowana do podziemnych zbiorników, w których w sposób naturalny utrzymywana jest temperatura 20 stopni Celsjusza. W zimie ciepłą wodę pompuje się ponownie do rur, podgrzewając asfalt, dzięki czemu drogi nie trzeba odśnieżać. Zastosowanie takiego systemu podnosi koszty budowy drogi, jednak dzięki niemu zwiększa się żywotność ulic i mostów, ich powierzchnia ulega mniejszej ilości uszkodzeń oraz dochodzi do mniejszej liczby wypadków w zimie. Okazało się jednak, że w ten sposób pozyskiwano więcej energii, niż było potrzeba do samego ogrzania dróg. Postanowiono więc ogrzewać za jej pomocą również i budynki. Ten sam system może zostać wykorzystany do pompowania z osobnych podziemnych zbiorników zimnej wody, która służy do schładzania budynków latem. Woda ogrzewana za pomocą Słońca zwykle nie jest wystarczająco gorąca i musi być dodatkowo podgrzewana. Instalacja elektryczna do jej ogrzewania kosztuje dwukrotnie więcej niż tradycyjna instalacja gazowa. Jednak do ogrzania danej powierzchni potrzeba o połowę mniej energii niż dotychczas. Dzięki temu administracja budynków oszczędza na miesięcznych rachunkach za ogrzewanie.

Naukowcy opracowali ogniwo słoneczne, które jest 200-krotnie cieńsze od ludzkiego włosa. W przyszłości może ono zasilić miniaturowe urządzenia. Ogniwo jest dziełem profesora Charlesa Liebera i jego zespołu z Uniwersytetu Harvarda. Zbudowano je z krzemowych nanokabli, które zamieniają światło słoneczne w energię elektryczną. Naukowcy stworzyli nanokable, które są niewidoczne dla ludzkiego oka. Pojedynczy kabel zapewnia 200 pikowatów mocy. To bardzo niewiele, jednak, jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, że kable będą zasilać urządzenia w skali nano, taka ilość mocy okaże się wystarczająca. Oczywiście, pojawia się też i taki problem, że w przyszłości urządzenia w skali nano, jak np. czujniki wykrywające niebezpieczne substancje na lotniskach, będą musiały zostać spięte w sieć. A dostarczenie energii całej sieci może być już nie lada wyzwaniem. Na szczęście nanokable będzie można łączyć, zapewniając w ten sposób odpowiednią ilość energii. W przeciwieństwie do współcześnie wykorzystywanych źródeł, jest to metoda tania oraz przyjazna środowisku. Krzemowy nanokabel składa się z trzech warstw krzemu o różnych właściwościach elektrycznych. Energia elektryczna powstaje, gdy na zewnętrzną warstwę kabla pada światło słoneczne. Na powierzchni znajdują się elektrony, które, przez mikropory, wnikają głębiej, do rdzenia kabla. W tej chwili krzemowe nanokable wykorzystują 3,4% padającej na nie energii. Naukowcy uważają, że są w stanie zwiększyć ten odsetek do 5%. W porównaniu z innymi generatorami słonecznymi w skali nano, mają one kilka zalet. Przede wszystkim są bardziej wydajne. Druga zaleta to niski koszt produkcji, a trzecia to fakt, iż nie ulegają degradacji pod wpływem skoncentrowanych promieni słonecznych. Problemy takie występują w innych nanoogniwach, które są obecnie budowane z materiałów organicznych.

Naukowcy z Japońskiej Agencji Badania Kosmosu (JAXA) i uniwersytetu w Osace pracują nad laserem, który przetwarza światło Słońca w promień lasera. Dotychczas udało się opracować urządzenie, które jest czterokrotnie bardziej efektywne, niż to osiągnęli inni badacze. Celem Japończyków jest opracowanie systemu, który będzie w przestrzeni kosmicznej zbierał energię słoneczną, przetwarzał ją na światło laserowe, a następnie promień będzie wysyłany na Ziemię, gdzie posłuży do... produkcji energii elektrycznej. Japoński system przechowuje energię Słońca w spiekanej płycie wykonanej m.in. z takich materiałów jak chrom czy neodym. Gdy energia lasera jest zbyt mała, promień lasera oświetla płytę, a wówczas zebrana w niej energia przesyłana jest do lasera. Podczas testów udało się zwiększyć moc lasera z 0,5 wata do 180 watów. W tej chwili system jest w stanie wykorzystać 40% przechwyconej energii słonecznej. Japończycy uważają, że przed rokiem 2030 będzie on gotowy do zamontowania na satelitach.

W ramach holenderskiego programu Syn-Energy, przy którym współpracuje miejscowa Organizacja Badań Naukowych, oraz kilka uniwersytetów, powstała pierwsza na świecie myszka zasilana energią słoneczną. Głównym problemem, z jakim spotykają się właściciele bezprzewodowych myszy jest wyczerpywanie się baterii w najmniej odpowiednich momentach. Naukowcy mają nadzieję, że dzięki upowszechnieniu się myszy z ogniwem fotowoltanicznym na wysypiska na całym świecie trafią setki milionów baterii mniej niż dotychczas. W tej chwili 15 myszek „Sole Mio” przechodzi testy biurowe. Ich celem jest sprawdzenie, czy użytkownicy są w stanie zmienić swoje przyzwyczajenia tak, by móc używać tego urządzenia. Uczeni sprawdzają, jakie warunki muszą być spełnione, by mysz pracowała bez najmniejszych przeszkód i ciągle dysponowała niezbędną do pracy energią. Zanim „Sole Mio” trafi do sprzedaży konieczne będzie wyprodukowanie tanich wydajnych ogniw, nad którymi pracują holenderskie uniwersytety.

Papież Benedykt XVI jest zwolennikiem większej dbałości o naturalne zasoby naszej planety. Dlatego też Watykan postanowił zasilać część swoich budynków ogniwami słonecznymi. Już w przyszłym roku cementowy dach audytorium Pawła VI zostanie zastąpiony dachem z ogniw fotowoltanicznych. Audytorium mieści 6300 osób i jest wykorzystywane podczas audiencji generalnych w zimie i przy złej pogodzie. Odbywają się tam również koncerty. Po zmianie dachu budynek będzie sam produkował energię, która wystarczy do jego oświetlenia oraz ogrzania lub ochłodzenia. Energia, która nie zostanie wykorzystana przez samo audytorium, posłuży do oświetlenia i ogrzania innych watykańskich budynków. Przeprowadzono już odpowiednie analizy, które wykazały, że cała inwestycja jest opłacalna. Modernistyczne audytorium powstało w 1969 roku. Architekci nie chcą, by nowy dach zmienił jego wygląd. Dlatego też będzie on miał identyczny kształt i niemal identyczny kolor co dach obecny. Watykan rozważa też wymianę innych dachów. Nie dotyczy to, oczywiście, dachów zabytkowych budowli.