Re: 8- منابع انرژی تجدید پذیر برای تولید برق: انرژی خورشیدی
ارسال شده در: جمعه اکتبر 04, 2019 8:53 am
ساخت مایعی که میتواند انرژی خورشید را برای ۱۸ سال ذخیره کند
گروهی از دانشمندان سوئدی به تازگی مایعی را ساختند که میتواند ۳۰ درصد از انرژی خام خورشیدی را جذب کند. برای بهتر درک کردن قابلیت این مایع، باید در نظر داشت که بهترین صفحههای خورشیدی که در دسترس عموم قرار دارد، توانایی جذب ۲۱ درصد از انرژی خام خورشیدی را دارد.
نکته قابل توجه این است که بر خلاف انرژی ذخیره شده در صفحههای خورشیدی، مایع موردنظر (که نام نوربُنادین به آن داده شده) توانایی ذخیره انرژی خورشیدی را تا ۱۸ سال دارد. چنین قابلیتی میتواند آن را تبدیل به جایگزین مناسبی برای سوختهای فسیلی و هستهای کند.
دکتر کاسپر موت-پولسون، استاد دانشگاه صنعتی شالمرز و سرپرست تیم تحقیقاتی درباره اینباره گفت: «مولکولهای نوربُنادین که ما ساختهایم از لحاظ جذب انرژی خورشیدی، زمان ذخیره و تراکم انرژی از کارایی بالایی برخوردار هستند. این مولکولها بدون نیاز به مواد عایق میتوانند انرژی خورشیدی را تا ۱۸ سال یا بیشتر ذخیره کنند.»
دکتر موت-پولسون و اعضای تیم تحقیقاتی او مایع نوربُنادین را بر روی پشتبام ساختمان فیزیک دانشگاه صنعتی شالمرز به آزمایش گذاشتهاند. مایع پس از فعال شدن، گرمایی کمی پایینتر از نقطه جوش تولید میکند که برای کارا بودن در موقعیتهای مختلف کافی است.
مایع نوربُنادین برای اینکه به پتانسیل کامل خود برسد به یک ماده حلّال همچون کبالت نیاز دارد که سمی است. تیم تحقیقاتی در پی آن است تا بتواند کاتالیزورهای کم خطرتری را برای تبدیل کردن مایع نوربُنادین به حالت فعال خود یعنی کوادریسیکلان بیابد. البته اصلیترین روش فعال کردن نوربُنادین، قرار دادن آن در معرض نور خورشید است.
انرژی که هر یک کیلوگرم این مایع تولید میکند معادل ۲۵۰ وات ساعت است که دو برابر میزان انرژی باطری خودروهای تسلا است.
عمر انرژیی خورشیدی ذخیره شده در مایع نوربُنادین نیز هنوز از تخمین فراتر نرفته است. چالش در این موارد علمی این است که شما نمیدانید چگونه موضوع به مرور زمان تغییر میکند و تکامل مییابد. خوشبین بودن به این موضوع که راهحل جایگزین سوختهای فسیلی را یافتهایم، آسان است اما واقعبینانه آن است که بگوییم نوربُنادین تنها یک گام مثبت به سمت استفاده از منابع طبیعی است که برای نسلهای آینده باقی خواهد ماند.
این مایع شاید بتواند در مدت کوتاهی جایگزین سوختهای فسیلی شود و سطح تولید کربن را پایین بیاورد اما باید دید تحقیقات و آزمایشات روی نوربُنادین چه چیزی را به ارمغان خواهند آورد.
تیم تحقیق مولکولی را ارائه کردند که قادر به ذخیره انرژی خورشیدی است. این مولکول که از کربن ، هیدروژن و نیتروژن ساخته شده است ، خاصیت منحصر به فردی دارد که وقتی در معرض نور خورشید قرار می گیرد ، به یک ایزومر غنی از انرژی تبدیل می شود - مولکولی که از همان اتم ها تشکیل شده است ، اما به روشی متفاوت به هم وصل می شوند.
سپس این ایزومر می تواند برای استفاده در صورت نیاز انرژی بعدی ذخیره شود - مثلاً در شب یا زمستان. این به صورت مایع است و برای استفاده در یک سیستم انرژی خورشیدی ، که محققان آن را MOST (ذخیره انرژی انرژی خورشیدی مولکولی ) نامگذاری کرده اند ، تکمیل شده است . فقط در یک سال گذشته ، تیم تحقیقاتی پیشرفت های چشمگیری در توسعه MOST داشته اند.
این گروه تحقیقاتی برای کنترل آزادسازی انرژی ذخیره شده ، کاتالیزوری را تهیه کرده اند. کاتالیزور به عنوان یک فیلتر عمل می کند ، از طریق آن مایع جریان می یابد و واکنشی را ایجاد می کند که مایع را تا 63 درجه سانتیگراد گرم می کند. اگر مایع هنگام پمپ شدن از طریق فیلتر ، 20 درجه سانتیگراد داشته باشد ، در دمای 83 درجه از آن طرف می آید. در عین حال ، این مولکول را به شکل اولیه خود برمی گرداند ، به طوری که پس از آن در سیستم گرمایش قابل استفاده مجدد است.
در همین دوره ، محققان همچنین یاد گرفتند که طراحی مولکول را بهبود بخشند تا توانایی ذخیره سازی آن افزایش یابد تا این ایزومر بتواند انرژی را تا 18 سال ذخیره کند. این یک پیشرفت اساسی بود ، زیرا تمرکز پروژه در درجه اول ذخیره انرژی شیمیایی است.
علاوه بر این ، این سیستم قبلاً به مایع ای وابسته بود که تا حدودی از تولوئن شیمیایی قابل اشتعال تشکیل شده بود. اما اکنون محققان راهی برای از بین بردن تولوئن بالقوه خطرناک پیدا کرده اند و در عوض فقط از مولکول ذخیره انرژی استفاده می کنند.
سیستم انرژی MOST اکنون به صورت دایره ای کار می کند. اول ، مایع انرژی را از نور خورشید ، در یک جمع کننده حرارتی خورشیدی ، در پشت بام ساختمان ، می گیرد. سپس در دمای اتاق ذخیره می شود و منجر به کمترین تلفات انرژی می شود. در صورت نیاز به انرژی ، می توان از طریق كاتالیزور كشید تا مایع گرم شود. پیش بینی می شود که از این گرما می توان به عنوان مثال در سیستم های گرمایش خانگی استفاده کرد ، پس از آن مایع را می توان به پشت بام ارسال کرد تا انرژی بیشتری جمع کند - همه کاملاً عاری از انتشار و بدون آسیب رساندن به مولکول.
کسپر موت-پولسن می گوید: "ما اخیراً پیشرفتهای اساسی داشته ایم و امروز سیستم انرژی عاری از تولید گازهای گلخانه ای داریم که در تمام طول سال کار می کند."
جمع کننده حرارتی خورشیدی یک بازتابنده مقعر با لوله در مرکز است. این مسیر خورشید را به دور آسمان ردیابی می کند و به همان روش بشقاب ماهواره ای کار می کند و پرتوهای خورشید را به جایی متمرکز می کند که مایع از طریق لوله عبور می کند. حتی می توان روی یک لوله اضافی با آب معمولی اضافه کرد تا سیستم با گرمایش آب معمولی ترکیب شود.
وی ابراز امیدواری کرد که این گروه تحقیقاتی به زودی به افزایش حداقل 110 درجه سانتیگراد برسند و فکر می کنند این فناوری طی 10 سال قابل استفاده باشد.
گروهی از دانشمندان سوئدی به تازگی مایعی را ساختند که میتواند ۳۰ درصد از انرژی خام خورشیدی را جذب کند. برای بهتر درک کردن قابلیت این مایع، باید در نظر داشت که بهترین صفحههای خورشیدی که در دسترس عموم قرار دارد، توانایی جذب ۲۱ درصد از انرژی خام خورشیدی را دارد.
نکته قابل توجه این است که بر خلاف انرژی ذخیره شده در صفحههای خورشیدی، مایع موردنظر (که نام نوربُنادین به آن داده شده) توانایی ذخیره انرژی خورشیدی را تا ۱۸ سال دارد. چنین قابلیتی میتواند آن را تبدیل به جایگزین مناسبی برای سوختهای فسیلی و هستهای کند.
دکتر کاسپر موت-پولسون، استاد دانشگاه صنعتی شالمرز و سرپرست تیم تحقیقاتی درباره اینباره گفت: «مولکولهای نوربُنادین که ما ساختهایم از لحاظ جذب انرژی خورشیدی، زمان ذخیره و تراکم انرژی از کارایی بالایی برخوردار هستند. این مولکولها بدون نیاز به مواد عایق میتوانند انرژی خورشیدی را تا ۱۸ سال یا بیشتر ذخیره کنند.»
دکتر موت-پولسون و اعضای تیم تحقیقاتی او مایع نوربُنادین را بر روی پشتبام ساختمان فیزیک دانشگاه صنعتی شالمرز به آزمایش گذاشتهاند. مایع پس از فعال شدن، گرمایی کمی پایینتر از نقطه جوش تولید میکند که برای کارا بودن در موقعیتهای مختلف کافی است.
مایع نوربُنادین برای اینکه به پتانسیل کامل خود برسد به یک ماده حلّال همچون کبالت نیاز دارد که سمی است. تیم تحقیقاتی در پی آن است تا بتواند کاتالیزورهای کم خطرتری را برای تبدیل کردن مایع نوربُنادین به حالت فعال خود یعنی کوادریسیکلان بیابد. البته اصلیترین روش فعال کردن نوربُنادین، قرار دادن آن در معرض نور خورشید است.
انرژی که هر یک کیلوگرم این مایع تولید میکند معادل ۲۵۰ وات ساعت است که دو برابر میزان انرژی باطری خودروهای تسلا است.
عمر انرژیی خورشیدی ذخیره شده در مایع نوربُنادین نیز هنوز از تخمین فراتر نرفته است. چالش در این موارد علمی این است که شما نمیدانید چگونه موضوع به مرور زمان تغییر میکند و تکامل مییابد. خوشبین بودن به این موضوع که راهحل جایگزین سوختهای فسیلی را یافتهایم، آسان است اما واقعبینانه آن است که بگوییم نوربُنادین تنها یک گام مثبت به سمت استفاده از منابع طبیعی است که برای نسلهای آینده باقی خواهد ماند.
این مایع شاید بتواند در مدت کوتاهی جایگزین سوختهای فسیلی شود و سطح تولید کربن را پایین بیاورد اما باید دید تحقیقات و آزمایشات روی نوربُنادین چه چیزی را به ارمغان خواهند آورد.
تیم تحقیق مولکولی را ارائه کردند که قادر به ذخیره انرژی خورشیدی است. این مولکول که از کربن ، هیدروژن و نیتروژن ساخته شده است ، خاصیت منحصر به فردی دارد که وقتی در معرض نور خورشید قرار می گیرد ، به یک ایزومر غنی از انرژی تبدیل می شود - مولکولی که از همان اتم ها تشکیل شده است ، اما به روشی متفاوت به هم وصل می شوند.
سپس این ایزومر می تواند برای استفاده در صورت نیاز انرژی بعدی ذخیره شود - مثلاً در شب یا زمستان. این به صورت مایع است و برای استفاده در یک سیستم انرژی خورشیدی ، که محققان آن را MOST (ذخیره انرژی انرژی خورشیدی مولکولی ) نامگذاری کرده اند ، تکمیل شده است . فقط در یک سال گذشته ، تیم تحقیقاتی پیشرفت های چشمگیری در توسعه MOST داشته اند.
این گروه تحقیقاتی برای کنترل آزادسازی انرژی ذخیره شده ، کاتالیزوری را تهیه کرده اند. کاتالیزور به عنوان یک فیلتر عمل می کند ، از طریق آن مایع جریان می یابد و واکنشی را ایجاد می کند که مایع را تا 63 درجه سانتیگراد گرم می کند. اگر مایع هنگام پمپ شدن از طریق فیلتر ، 20 درجه سانتیگراد داشته باشد ، در دمای 83 درجه از آن طرف می آید. در عین حال ، این مولکول را به شکل اولیه خود برمی گرداند ، به طوری که پس از آن در سیستم گرمایش قابل استفاده مجدد است.
در همین دوره ، محققان همچنین یاد گرفتند که طراحی مولکول را بهبود بخشند تا توانایی ذخیره سازی آن افزایش یابد تا این ایزومر بتواند انرژی را تا 18 سال ذخیره کند. این یک پیشرفت اساسی بود ، زیرا تمرکز پروژه در درجه اول ذخیره انرژی شیمیایی است.
علاوه بر این ، این سیستم قبلاً به مایع ای وابسته بود که تا حدودی از تولوئن شیمیایی قابل اشتعال تشکیل شده بود. اما اکنون محققان راهی برای از بین بردن تولوئن بالقوه خطرناک پیدا کرده اند و در عوض فقط از مولکول ذخیره انرژی استفاده می کنند.
سیستم انرژی MOST اکنون به صورت دایره ای کار می کند. اول ، مایع انرژی را از نور خورشید ، در یک جمع کننده حرارتی خورشیدی ، در پشت بام ساختمان ، می گیرد. سپس در دمای اتاق ذخیره می شود و منجر به کمترین تلفات انرژی می شود. در صورت نیاز به انرژی ، می توان از طریق كاتالیزور كشید تا مایع گرم شود. پیش بینی می شود که از این گرما می توان به عنوان مثال در سیستم های گرمایش خانگی استفاده کرد ، پس از آن مایع را می توان به پشت بام ارسال کرد تا انرژی بیشتری جمع کند - همه کاملاً عاری از انتشار و بدون آسیب رساندن به مولکول.
کسپر موت-پولسن می گوید: "ما اخیراً پیشرفتهای اساسی داشته ایم و امروز سیستم انرژی عاری از تولید گازهای گلخانه ای داریم که در تمام طول سال کار می کند."
جمع کننده حرارتی خورشیدی یک بازتابنده مقعر با لوله در مرکز است. این مسیر خورشید را به دور آسمان ردیابی می کند و به همان روش بشقاب ماهواره ای کار می کند و پرتوهای خورشید را به جایی متمرکز می کند که مایع از طریق لوله عبور می کند. حتی می توان روی یک لوله اضافی با آب معمولی اضافه کرد تا سیستم با گرمایش آب معمولی ترکیب شود.
وی ابراز امیدواری کرد که این گروه تحقیقاتی به زودی به افزایش حداقل 110 درجه سانتیگراد برسند و فکر می کنند این فناوری طی 10 سال قابل استفاده باشد.