Alternatywa dla baterii słonecznych
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
Miliarder sfinansował nowatorską koncepcję kosmicznej elektrowni. Testowa instalacja trafi na orbitęprzez KopalniaWiedzy.pl
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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
Od wielu lat znamy i wykorzystujemy materiały, które po wystawieniu na światło widzialne, emitują światło widzialne. Teraz naukowcom udało się stworzyć materiał, który emituje światło podczerwone w odpowiedzi na ekspozycję na światło widzialne.
Nowy materiał może zostać wykorzystany w medycynie oraz w wojsku czy policji. Niewykluczone, że posłuży też do stworzenia doskonalszych ogniw słonecznych.
Jeśli wyniesiesz ten materiał poza pomieszczenie, wystarczy 1 minuta działania światła słonecznego, by przez 360 godzin emitował on promieniowanie w bliskiej podczerwieni. Materiał może być też aktywowany przez oświetlenie fluoroscencyjne - mówi profesor Zhengwei Pan.
Z nowego materiału można stworzyć nanocząsteczki, które będą wiązały się z komórkami nowotworowymi i pozwolą lekarzom zauważyć nawet najmniejsze guzy. Można będzie z niego tworzyć np. ceramiczne identyfikatory i przyczepiać do ludzi lub pojazdów, by, dzięki okularom działającym na podczerwień, łatwo odróżnić wroga od sojusznika. Materiał można też zmielić na proszek i zmieszać go z farbą, by w ten sposób zaznaczać obiekty przeznaczone dla wtajemniczonych oczu.
Pan rozpoczął tworzenie swojego materiału od posiadającego trzy powłoki walencyjne jonu chromu. Po ekspozycji na światło jego elektrony szybko przechodzą ze stanu podstawowego na wyższe stany energetyczne. Gdy elektrony powracają do stanu podstawowego, dochodzi do emisji światła w bliskiej podczerwieni. Emisja ta trwa bardzo krótko, zaledwie przez milisekundy.
Innowacja Pena polega na użyciu matrycy z cynku i stopu galu z germanem, w której znajdują się umieszczono jony chromu. Struktura chemiczna matrycy tworzy sieć „pułapek", których zadaniem jest uwięzienie i przechowywanie energii pochodzącej ze wzbudzonych elektronów i przechowywanie jej przez dłuższy czas. Energia ta jest uwalniania w formie termicznej i przekazywana z powrotem do jonów chromu. To powoduje emisję światła w podczerwieni, która trwa niemal przez dwa tygodnie.
Nie sądzimy, byśmy znaleźli idealny materiał. Będziemy dopasowywali jego parametry tak, by poprawić jego właściwości - mówi Pen.
Nowy materiał był testowany przez rok. Sprawdzano, jak sprawuje się w dni słoneczne, pochmurne i deszczowe, zanurzano go na całe miesiące w wodzie słodkiej, słonej i w roztworze wybielającym - nie zanotowano żadnej utraty wydajności.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Na szwedzkim Uniwersytecie Technologicznym Chalmers powstała niezwykle prosta nanoantena, która odbija niebieskie i czerwone światło w różnych kierunkach. Urządzenie działa, mimo iż jest mniejsze od długości fali świetlnej. Dzięki nanoantenie w przyszłości mogą powstać optyczne nanoczujniki zdolne do wykrywania bardzo niewielkich ilości gazów czy molekuł.
Struktury mniejsze od długości fali światła widzialnego nie powinny być w stanie rozszczepić światła. Jednak nowa nanoantena to potrafi. Jest ona bowiem zbudowana asymetrycznie z różnych materiałów, przez co dochodzi do przesunięcia fazy sygnału optycznego.
Antena składa się z dwóch nanoczęsteczek umieszczonych w odległości 20 nanometrów od siebie na szklanym podłożu. Jedna z nich to nanocząsteczka srebra, druga - złota. Badania wykazały, że rozprasza ona światło, odbijając w różnych kierunkach widmo niebieskie i czerwone.
Wyjaśnieniem jest pojawienie się przesunięcia fazy sygnału optycznego. Przyczyną wystąpienia tego zjawiska są różne właściwości optyczne srebra i złota, w szczególności częstotliwość drgań plazmonów. Oznacza to, że wolne elektrony nanocząsteczek wspólnie oscylują zgodnie z częstotliwością fali świetlnej, co w efekcie wpływa na rozprzestrzenianie się światła, mimo tego, że antena jest tak mała - mowi Timur Shegai, jeden z autorów nanoanteny.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
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.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
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.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.