Samochody elektryczne mogą ułatwić przejście na odnawialne źródła energii
By
KopalniaWiedzy.pl, in Technologia
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Panele fotowoltaiczne zamontowane na dachach zakładów przemysłowych mogą zaspokoić do 35% zapotrzebowania amerykańskiego przemysłu na energię, informują naukowcy z Nortwestern University. To olbrzymi niewykorzystany potencjał. Obecnie bowiem panele zainstalowane w miejscach działania firm produkcyjnych dostarczają im zaledwie 0,1% energii. Tymczasem przemysł odpowiada za 38% zużycia energii w Stanach Zjednoczonych i 37% emisji gazów cieplarnianych. Potencjał dachów pozostaje niewykorzystany nie tylko zresztą w przemyśle. Instalowane tam panele zapewniłyby 13,6% energii zużywanej w USA, a obecnie wytwarzają zaledwie 2,2% energii.
Uczeni przedstawili na łamach Environmental Research: Sustainability and Infrastructure wyniki badań nad możliwością pozyskiwania energii słonecznej na własną działalność przez różne gałęzie amerykańskiego przemysłu. Wykorzystali przy tym dane z badań Manufacturing Energy Consumption Survey przeprowadzonych przez Departament Energii. Na ich podstawie wyliczyli potencjalną ilość energii, jaka jest możliwa do pozyskania z paneli słonecznych umiejscowionych na dachu przeciętnego budynku, w którym odbywa się produkcja.
Z obliczeń wynika, że panele montowane na dachach mogą zapewnić – w zależności od sektora przemysłu i pory roku – od 5 do 35 procent zapotrzebowania na energię. Najbardziej na ich zainstalowaniu zyskałyby przemysły meblarski, tekstylny oraz odzieżowy. Tego typu zakłady są w stanie całkowicie samodzielnie zaspokoić swoje roczne uśrednione zapotrzebowanie na energię z własnych paneli słonecznych.
Przemysł jest na całym świecie jednym z głównych użytkowników energii i jednym z głównym emitentów gazów cieplarnianych. Nic więc dziwnego, że skupia się na nim wiele wysiłków mających doprowadzić do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych przez ludzi. Naukowcy z Northwestern University wykazali, że instalowanie paneli słonecznych na dachach budynków może być dla firm produkcyjnych opłacalnym sposobem na pozyskanie energii. Przedsiębiorstwa dysponują bowiem dużymi powierzchniami płaskich dachów, na których montowanie paneli słonecznych jest łatwe i tanie, co w obliczu spadających cen ogniw i ich rosnącej wydajności staje się opłacalnym rozwiązaniem. Szczególnie kuszący może być fakt, że wiosną i latem na 40% powierzchni USA panują takie warunki, które wielu znajdującym się tam firmom produkcyjnym pozwoliłyby w 100% zaspokoić zapotrzebowanie na energię z własnych paneli słonecznych.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Systemy podtrzymywania życia, woda, żywność, habitaty, instrumenty naukowe i wiele innych elementów będzie niezbędnych do przeprowadzenia załogowej misji na Marsa. Jednym z najważniejszych z nich są systemy produkcji energii. Te obecnie stosowane w misjach kosmicznych są albo niebezpieczne – wykorzystują rozpad pierwiastków promieniotwórczych – albo też niestabilne wraz ze zmianami pór dnia i roku, bo korzystają z energii słonecznej.
Wybór miejsca lądowania każdej z misji marsjańskich to skomplikowany proces. Eksperci muszą bowiem określić miejsca, których zbadanie może przynieść jak najwięcej korzyści i w których w ogóle da się wylądować. W przypadku misji załogowych sytuacja jeszcze bardziej się skomplikuje, gdyż dodatkowo będą musiały być to miejsca najlepiej nadające się do życia, np. takie, w których można pozyskać wodę.
Grupa naukowców pracujących pod kierunkiem Victorii Hartwick z NASA wykorzystała najnowsze modele klimatyczne Marsa do przeanalizowania potencjału produkcji energii z wiatru na Czerwonej Planecie. Dotychczas podczas rozważań nad produkcją energii na Marsie nie brano pod uwagę atmosfery. Jest ona bowiem bardzo rzadka w porównaniu z atmosferą Ziemi.
Ku swojemu zdumieniu naukowcy zauważyli, że pomimo rzadkiej marsjańskiej atmosfery wiejące tam wiatry są na tyle silne, by zapewnić produkcję energii na dużych obszarach Marsa.
Badacze odkryli, że w niektórych proponowanych miejscach lądowania prędkość wiatru jest wystarczająca, by stanowił on jedyne lub uzupełniające – wraz z energią słoneczną bądź jądrową – źródło energii. Pewne regiony Marsa są pod tym względem obiecujące, a inne – interesujące z naukowego punktu widzenia – należałoby wykluczyć biorąc pod uwagę jedynie potencjał energii wiatrowej lub słonecznej. Okazało się jednak, że energia z wiatru może kompensować dobową i sezonową zmienność produkcji energii słonecznej, szczególnie na średnich szerokościach geograficznych czy podczas regionalnych burz piaskowych. Co zaś najważniejsze, proponowane turbiny wiatrowe zapewnią znacznie bardziej stabilne źródło energii po połączeniu ich z ogniwami fotowoltaicznymi.
Naukowcy przeanalizowali hipotetyczny system, w którym wykorzystane zostają panele słoneczne oraz turbina Enercon E33. To średniej wielkości komercyjny system o średnicy wirnika wynoszącej 33 metry. Na Ziemi może ona dostarczyć 330 kW mocy. Z analiz wynika, że na Marsie dostarczałaby średnio 10 kW.
Obecnie szacuje się, że 6-osobowa misja załogowa będzie potrzebowała na Marsie minimum 24 kW mocy. Jeśli wykorzystamy wyłącznie ogniwa słoneczne, produkcja energii na potrzeby takiej misji będzie większa od minimum tylko przez 40% czasu. Jeśli zaś dodamy turbinę wiatrową, to odsetek ten wzrośnie do 60–90 procent na znacznych obszarach Marsa. Połączenie wykorzystania energii słonecznej i wiatrowej mogłoby pozwolić na przeprowadzenie misji załogowej na tych obszarach Czerwonej Planety, które wykluczono ze względu na słabą obecność promieniowania słonecznego. Te regiony to np. obszary polarne, które są interesujące z naukowego punktu widzenia i zawierają wodę.
Autorzy badań zachęcają do prowadzenia prac nad przystosowaniem turbin wiatrowych do pracy w warunkach marsjańskich. Tym bardziej, że wykorzystanie wiatru może wpłynąć na produkcję energii w wielu miejscach przestrzeni kosmicznej. Hartwick mówi, że jest szczególnie zainteresowana potencjałem produkcji energii z wiatru w takich miejscach jak Tytan, księżyc Saturna, który posiada gęstą atmosferę, ale jest zimny. Odpowiedź na tego typu pytania będzie jednak wymagała przeprowadzenia wielu badań interdyscyplinarnych.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Dodanie cienkiej warstwy niklu do akumulatorów znakomicie skraca czas ładowania, informują naukowcy z Pennsylvania State University. Specjaliści uważają, że jeśli na rynek trafiłyby akumulatory, które są lżejsze i można je znacznie szybciej ładować, klienci chętniej kupowaliby samochody elektryczne, a to z kolei doprowadziłoby do spadku ich ceny i pojawienia się kolejnych chętnych do ich zakupu.
Uczeni eksperymentowali z litowo-jonowym akumulatorem, który na pojedynczym ładowaniu pozwalał na przejechanie do 560 kilometrów. Gęstość energii takiego urządzenia wynosiła 256 watogodzin na kilogram. Dzięki dodaniu folii z niklu akumulator można było w ciągu zaledwie 11 minut załadować w 70%, co pozwoliło na przejechanie 400 kilometrów, a po 12 minutach był on załadowany w 75%, dzięki czemu można było przejechać 440 km.
Nasza technologia pozwala na budowę mniejszych, szybciej ładujących się akumulatorów. Jeśli mamy samochód z akumulatorami pozwalającymi na przejechanie 320 kilometrów na pojedynczym ładowaniu, możemy podjechać na stację, podłączyć samochód, pójść do toalety, a po 10 minutach nasz pojazd jest gotowy do przejechania kolejnych 320 km. W ten sposób problem zasięgu znika, mówi jeden z autorów badań, inżynier Chao-Yang Wang.
Jednym z najpoważniejszych wyzwań stojących przed inżynierami specjalizującymi się w projektowaniu i budowie akumulatorów litowo-jonowych jest utrzymanie ich odpowiedniej temperatury. Najlepiej sprawują się one, gdy są dość ciepłe, ale nie za ciepłe. W akumulatorach stosuje się więc systemy chłodzenia i ogrzewania, które jednak zużywają sporo energii i nie działają zbyt szybko.
Uczeni z Pennsylvanii od lat eksperymentują z folią, która miałaby pomóc ogrzać akumulator do odpowiedniej temperatury.
Podczas swoich najnowszych eksperymentów byli w stanie ładować akumulator od około 70% pojemności w około 10 minut. Gdy stosowali szybkie ładowanie do 75% pojemności, urządzenie wytrzymało ponad 900 cykli ładowania/rozładowywania, co pozwalało na przejechanie na nim w sumie 402 000 kilometrów. Gdy zaś stosowali szybkie ładowanie do 70% pojemności, akumulator wytrzymywał około 2000 cykli ładowania, co pozwalało na przejechanie około 804 000 kilometrów.
Wang zwraca uwagę, że obecnie stosowane akumulatory po 10 minutach ładowania napełniają się do około 25% pojemności. Urządzenia, nad którymi pracują na Pennsylvania State University ładują się w tym czasie do 75% pojemności. To zaś oznacza, że w samochodach można by stosować mniej akumulatorów, zatem byłyby one tańsze, a zasięg na pojedynczym szybkim ładowaniu byłby nie tylko większy, ale i satysfakcjonujący dla kierowcy. Wang zapowiada, że w przyszłości chce opracować akumulator, który będzie można załadować do 80% pojemności w ciągu 5 minut. To zaś będzie oznaczało, że pod względem tempa ładowania i zasięgu samochody elektryczne dorównają pojazdom spalinowym.
Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Nature.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Prezydent Biden zatwierdził przeznaczenie 900 milionów dolarów na budowę stacji ładowania samochodów elektrycznych. Podczas North American International Auto Show w Detroit prezydent stwierdził, że niezależnie od tego czy będziecie jechali wybrzeżem autostradą I-10 [prowadzi z Kalifornii na Florydę - red.] czy I-75 [wiedzie z Michigan na Florydę] stacje do ładowania będą wszędzie i można je będzie znaleźć równie łatwo jak stacje benzynowe.
Wspomniane 900 milionów USD będą pochodziły z zatwierdzonego w ubiegłym roku planu infrastrukturalnego na który przewidziano bilion dolarów, z czego 550 miliardów na transport czy internet szerokopasmowy i infrastrukturę taką jak np. sieci wodociągowe.
W 2020 roku amerykański transport odpowiadał za 27% amerykańskiej emisji gazów cieplarnianych. To najwięcej ze wszystkich działów gospodarki. Władze Stanów Zjednoczonych chcą, by do roku 2030 samochody elektryczne stanowiły połowę całej sprzedaży pojazdów w USA. Poszczególne stany podejmują własne, bardziej ambitne inicjatywy. Na przykład Kalifornia przyjęła przepisy zgodnie z którymi od 2035 roku zakaże sprzedaży samochodów z silnikami benzynowymi.
Obecnie pojazdy elektryczne stanowią jedynie 6% sprzedaży samochodów w USA. Jedną z najważniejszych przyczyn, dla których Amerykanie nie chcą kupować pojazdów z silnikiem elektrycznym jest obawa o łatwy dostęp do punktów ładowania. Obecnie w całym kraju takich punktów jest poniżej 47 000. Biden chce, by do roku 2030 ich liczba wzrosła do 500 000.
W dokumencie zatwierdzającym wspomniane 900 milionów USD znalazła się też propozycja, by narzucić stanom obowiązek zakładania stacji ładowania pojazdów elektrycznych do 50 mil na głównych drogach stanowych i autostradach. Stany o dużym odsetku społeczności wiejskich już wyraziły obawę, że z takim obowiązkiem sobie nie poradzą. Dlatego też dla takich stanów oraz na potrzeby centrów miejskich i ubogich społeczności przygotowano program grantowy o łącznej wartości 2,5 miliarda USD.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Madrycki IMDEA Energy Institute we współpracy z Politechniką Federalną w Zurichu (ETH) uruchomił pierwszą na świecie pilotażową instalację słoneczną do produkcji paliwa lotniczego, nafty, z pary wodnej i dwutlenku węgla pozyskiwanych z powietrza. Uruchomienie instalacji to pokłosie badawczej demonstracyjnej rafinerii słonecznej, która ruszyła w 2019 roku na dachu ETH Machine Laboratory.
Znaną alternatywą dla tradycyjnych paliw kopalnych jest produkcja ich z gazu syntezowego, wytwarzanego w procesie syntezy Fischera-Tropscha. Naukowcy z ETH Zurich zauważyli, że do produkcji gazu można wykorzystać metodę termochemiczną napędzaną energią słoneczną. W metodzie tej woda i dwutlenek węgla przechodzą szereg reakcji i powstaje gaz syntezowy.
Teraz, wraz z Hiszpanami, stworzyli prototypową instalację. Składa się ona z wieży koncentrującej promienie słoneczne, reaktora i jednostki zamieniającej gaz na paliwo metodą syntezy Fischera-Tropscha. Na wieży znajduje się podążający za Słońcem heliostat, który koncentruje promienie słoneczne na znajdującym się obok reaktorze. Reaktor ma kształt wnęki wyłożonej ceramicznymi porowatymi strukturami z tlenku ceru (IV). Dzięki skoncentrowanym promieniom słonecznym w reaktorze panuje temperatura około 1500 stopni Celsjusza, co wystarcza, by rozbić przechwycone z atmosfery dwutlenek węgla i parę wodną i wytworzyć z nich gaz syntezowy. Następnie w jednostce zamieniającej gaz w ciecz, powstaje nafta.
Produkowane w ten sposób paliwo jest – pod względem emisji węgla – całkowicie neutralne. Podczas jego spalania do atmosfery trafia tyle węgla, ile zostało z niej wycofane na potrzeby produkcji paliwa. Nasza pilotażowa instalacja to wciąż obiekt demonstracyjny dla celów badawczych. Jest to jednak kompletny obiekt przemysłowy, który jest odpowiedni do implementacji w masowej produkcji. Wytwarzany tutaj syngas jest takiej samej jakości i czystości jak ten powstający z używanej obecnie przemysłowo syntezie Fischera-Tropscha, zauważają autorzy badań.
Efektywność konwersji energii słonecznej na energię gazu syntezowego wynosi tutaj 4,1%, co jest rekordem w dziedzinie termochemicznej produkcji paliw. To jednak wciąż zbyt mało, by technologia ta była konkurencyjna względem innych metod. Już jednak wiadomo, że wynik ten można będzie poprawić. Zmierzona efektywność konwersji została bowiem osiągnięta bez jakiegokolwiek systemu odzyskiwania ciepła opadowego. Tymczasem wiadomo, że w przypadku tego typu reakcji marnuje się ponad 50% energii słonecznej. Część z tej energii można odzyskać. Przeprowadzone przez nas analizy termodynamiczne wskazują, że rozsądnie zaprojektowany system odzyskiwania ciepła pozwoli na zwiększenie efektywności energetycznej systemu do ponad 20%, zapewnia profesor Aldo Steinfeld z ETH, który stał na czele zespołu badawczego.
Obecnie naukowcy pracują nad zoptymalizowaniem ceramicznych elementów reaktora. Kolejnym stojącym przed nimi wyzwaniem będzie przeskalowanie instalacji do produkcji masowej.
Jako, że nowe technologie są znacznie droższe od już wdrożonych, nie należy liczyć na to, że początkowo paliwo lotnicze „z powietrza” będzie tańsze. Profesor Steinfeld uważa, że może ono rozpowszechnić się na rynku, gdy wprowadzone zostaną prawne rozwiązania dotyczące ograniczenia zanieczyszczeń przez przemysł lotniczy. Może to być na przykład wymóg, by do paliw kopalnych dodawać paliwa uzyskiwane bardziej ekologicznymi metodami. Początkowo wymóg taki mógłby dotyczyć niewielkiej domieszki, rzędu 1-2%. To, co prawda, podniosłoby cenę paliwa lotniczego, ale byłaby to podwyżka niezauważalna, rzędu kilku euro na przeciętny lot, mówi Stainfeld. Powolne zwiększanie ilości domieszki prowadziłoby do zwiększanie inwestycji i budowę nowych instalacji do produkcji bezemisyjnego paliwa lotniczego. Zdaniem Stainfelda ekologiczne paliwo lotnicze stałoby się konkurencyjne cenowo do czasu, aż jego obowiązkowe domieszki sięgnęłyby 10–15 procent.
Wszystko wskazuje jednak na to, że na rynkowy debiut nowego paliwa nie trzeba będzie czekać aż tak długo. Z laboratorium Steinfelda wydzielono już komercyjną firmę Synhelion, która w 2023 roku chce rozpocząć budowę pełnoskalowej instalacji przemysłowej i współpracuje z liniami lotniczymi SWISS, które – przynajmniej podczas niektórych lotów – mają używać wyłącznie paliwa wytwarzanego „z powietrza”.
Ze szczegółami można zapoznać się na łamach pisma Joule.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.