Basku Zemes Universitātes (EHU) pētnieki ir demonstrējuši revolucionārus rezultātus atjaunojamās enerģijas jomā, parādot, ka jaunizstrādāti nanomateriāli — piemēram, nanoadatas — spēj absorbēt līdz pat 99,5% saules gaismas.
EHU Materiālu termofizikālo īpašību pētniecības grupa sadarbojās ar Kalifornijas Universitāti Sandjego (UCSD), lai testētu ar cinka oksīdu pārklātas vara kobaltāta nanoadatas.
Rezultāti atklāja izcilu optisko un termisko veiktspēju, salīdzinot ar tradicionālajiem materiāliem, piemēram, oglekļa nanocaurulītēm un melno silīciju. Šie rezultāti var pavērt ceļu efektīvākām un izturīgākām saules torņu sistēmām, kas ir nākamās paaudzes atjaunojamās enerģijas infrastruktūras stūrakmens.
Lasi arī: Novembrī trīs zodiaka zīmēm pavērsies jaunas iespējas attiecībās
Solis tālāk par oglekļa nanocaurulītēm
Koncentrētās saules enerģijas (CSP) elektrostacijas darbojas, izmantojot simtiem spoguļu, lai novirzītu saules gaismu uz uztvērējtorni, kas absorbē un uzkrāj siltumenerģiju. Lai sasniegtu maksimālu efektivitāti, absorbējošajiem materiāliem uz šiem torņiem jābūt “ultramelnajiem” — spējīgiem uztvert gandrīz visu ienākošo gaismu, vienlaikus izturot ekstremālu karstumu un mitrumu.
Vertikāli izlīdzinātas oglekļa nanocaurulītes līdz šim ir bijušas etalons gaismas absorbcijā, spējīgas uztvert aptuveni 99% saules gaismas. Tomēr tās ātri noārdās augstā temperatūrā un mitrumā, tādējādi ierobežojot to izmantošanu CSP stacijās.
“Oglekļa nanocaurulītes nav stabilas augstā temperatūrā un augsta mitruma klātbūtnē. Tāpēc tās ir jāpārklāj ar izturīgākiem materiāliem, un tas samazina to optimizāciju,” skaidroja Dr. Injigo Gonsaless de Arrieta (Iñigo González de Arrieta), vadošais pētnieks EHU. “Oglekļa nanocaurulītes absorbē apmēram 99% gaismas, taču tās nevar izmantot saules torņos,” viņš turpināja.
Testi atklāja, ka vara kobaltāta nanoadatas var pārvarēt šos ierobežojumus. Tās ne tikai saglabā stabilitāti ekstremālos apstākļos, bet arī nodrošina augstāku gaismas absorbcijas līmeni, īpaši pārklātas ar cinka oksīdu.
Virzīt atjaunojamās enerģijas nākotni
Pretstatā parastajām fotoelementu sistēmām (PV), CSP tehnoloģija var uzglabāt saules siltumu kā siltumenerģiju. Tā ģenerē elektroenerģiju pat tad, kad nespīd saule.
Tas tiek panākts, sildot izkausētus sāļus, kas efektīvi saglabā enerģiju un vēlāk var to atbrīvot, lai darbinātu turbīnas. Neskatoties uz tās potenciālu, CSP vēsturiski ir bijusi dārgāka un sarežģītāka nekā PV tehnoloģija.
Pētījums, kas tika veikts vienā no retajām augstas temperatūras laboratorijām Eiropā, kas spēj veikt šādus mērījumus, ir daļa no starptautiskas sadarbības, kurā iesaistīts UCSD Dr. Renkuns Čens (Renkun Chen), kurš sadarbojas ar ASV Enerģētikas departamentu, lai testētu šīs nanoadatas darbojošos saules torņos.
Lai gan pētījumi ir agrīnā stadijā, tie iezīmē būtisku progresu materiālu virzienā, kas var padarīt saules torņus tīrākus, efektīvākus un uzticamākus.
Spānijā CSP pašlaik dod aptuveni 5% no valsts enerģijas ražošanas, taču eksperti uzskata, ka šis procents var strauji pieaugt, ja tiks ieviesti jauni materiāli, piemēram, šie.
Gonsaless de Arrieta uzsvēra, cik svarīgi ir izstrādāt jaunus pārklājumus ar labākām gaismu absorbējošām īpašībām saules torņiem. Viņš piebilda, ka nākotnē pētnieki varētu arī pētīt nanoadatu pārklāšanu ar materiāliem, kas uzlabo to vadītspēju.
Pētījums tika publicēts žurnālā ScienceDirect un ir publicēts arī EHU žurnālā Campusa.
Ietekme Latvijā
CSP tehnoloģija, kas paļaujas uz spoguļiem, lai koncentrētu saules gaismu vienā punktā (tornī), prasa ļoti augstu tiešās normālās apstarošanas intensitāti (DNI). Latvijā ir salīdzinoši zema DNI un daudz mākoņainu dienu, īpaši ziemā. Tādēļ liela mēroga saules torņu sistēmu izbūve šeit, visticamāk, nekad nebūtu ekonomiski pamatota. Nanoadatas, lai arī ir neticami efektīvas, nemainīs faktu, ka Latvijā nav pietiekami daudz tiešas saules gaismas, lai nodrošinātu CSP sistēmu darbību.
Lai gan Latvijā nebūs CSP torņu, pašas šo nanomateriālu īpašības varētu sniegt labumu citās jomās:
Saules siltuma kolektoru efektivitāte
Siltā ūdens ražošana: Latvijā tiek izmantoti saules siltuma kolektori ūdens sildīšanai (nevis elektrības ražošanai). Šīs jaunās “ultramelnās” nanoadatu virsmas, kas absorbē 99,5% gaismas, varētu tikt pielāgotas parastajiem siltuma kolektoriem.
Veiktspēja vājā apgaismojumā: Jaunais materiāls spēj uztvert vairāk gaismas nekā tradicionālais melnais pārklājums, kas varētu ievērojami palielināt kolektoru efektivitāti vēsākos mēnešos vai mākoņainās dienās Latvijā, padarot saules siltuma sistēmas rentablākas.
