1000-krát výkonnejší než solárny panel: keramický zdroj energie porušujúci fyzikálne zákony

Inteligentná solárna fasáda vyhrala energetickú cenu Watt d’Or

Jeden štvorcový meter keramického solárneho článku dokáže vyprodukovať rovnaké množstvo elektriny ako 1000 štvorcových metrov bežného solárneho panelu.

Tímu odborníkov z ETH Zürich sa podarilo vytvoriť fotovoltaickú keramiku s nevídaným potenciálom. Popiera fyzikálne zákony tým, že je neuveriteľne malý a výkonný.

Fotovoltaická keramika je tisíckrát účinnejšia ako súčasné solárne panely na báze kremíka. Bolo dokázané, že zvláštnosťou tejto keramiky a jej vysokými úžitkovými vlastnosťami je jej nanoštruktúra. Zariadenie pozostáva z dvoch kritických komponentov: materiálu, ktorý má dobrý koeficient absorpcie svetla a ďalšieho materiálu, ktorý má dobrú elektrickú vodivosť (dokonca lepšiu ako perovskit a kremík). Vrstva absorbujúca svetlo využíva nanočastice oxidu hlinitého a perovskitu, pretože tieto dve látky majú pozoruhodné vlastnosti absorpcie svetla.

Perovskity sú vložené do vysoko stabilného oxidu hlinitého, ktorý ich následne chráni pred teplom, vlhkosťou a mechanickým namáhaním. Keď slnečné svetlo dopadne na keramiku, elektróny v perovskitových nanočasticiach sú nabudené a preskočia na vyššiu energetickú hladinu. Tieto excitované elektróny sa potom efektívne zbierajú, formujú do kryštálov oxidu hlinitého a privádzajú na povrch, aby vytvorili elektrický prúd.

Táto špecifická štruktúra a textúra umožňuje keramike rovnomerne akumulovať a uchovávať energiu prichádzajúcu zo slnka po celom povrchu panelu a dosiahnuť vysokú kritickú reakčnú teplotu 1500 °C v celom materiáli. Ukázalo sa, že nový typ solárnych panelov je 1000-krát silnejší ako konvenčné kremíkové solárne články, pretože 1 m² keramiky dokáže vyrobiť rovnaké množstvo elektriny ako 1000 m² klasickej solárnej batérie.

Výskumníci naznačujú, že nová technológia by mohla dodávať prakticky neobmedzenú bezplatnú elektrinu do domácností a kancelárií. Keramika má schopnosť štiepiť molekuly vody na vodík a kyslík, keď je vystavená slnečnému žiareniu, čo vedie k tvorbe a skladovaniu čistého vodíkového paliva. Odborníci nevedia vysvetliť, ako keramika dosahuje také teploty.

Ďalšou zaujímavosťou fotovoltaickej keramiky je, že je vyrobená z rovnakých prvkov ako bežná keramika, ktorá sa používa už tisíce rokov. Nový typ nanoštruktúry a prístup k jej výrobe, ktorý používa tím z ETH Zürich, však zmenili tento staroveký materiál na revolučný zdroj energie.

Výskumníci tiež vyvinuli technológiu na použitie 3D tlače na výrobu keramiky, čím prinášajú aspekt flexibilných prispôsobených riešení solárnej energie, ktoré možno skutočne začleniť do systémov a štruktúr infraštruktúry. To by mohlo prispieť k tomu, že solárna energia bude lacnejšia a všestrannejšia na mnohé účely. A vďaka schopnosti ohrievať keramiku na teploty nad 1000 °C pomocou koncentrovaného slnečného žiarenia možno uvažovať o jej využití v koncentračných solárnych elektrárňach na vysokoteplotné spracovanie materiálov ako cement, oceľ a iné priemyselné aplikácie.

Predtým sme písali, že organický solárny panel premieňa 20 % svetla na elektrinu. Organické polovodiče ponúkajú životaschopnú alternatívu k fotovoltaickým panelom na báze kremíka za nižšiu cenu a väčšiu flexibilitu.

_{Preložil: OZ Biosféra www.biosferaklub.info}

Biela kniha: Energetická bezpečnosť v budúcnosti Švajčiarska s čistými nulovými emisiami

Energetická bezpečnosť v klimaticky neutrálnom Švajčiarsku je možná

• Inštitucionálne
• Energetické vedy

Bezpečné dodávky energie vo Švajčiarsku bez fosílnych palív sú technicky uskutočniteľné a cenovo dostupné. K tomuto záveru dospela skupina odborníkov z Energy Science Center v aktuálnej bielej knihe. Predpokladom je zvýšená výroba elektriny z obnoviteľných zdrojov a efektívne obchodovanie s elektrinou so susednými krajinami.

Ako mnohé krajiny sveta, aj Švajčiarsko si dalo za cieľ najneskôr do roku 2050 už nevypúšťať žiadne skleníkové plyny. Nedávny vývoj, ako je ruská agresívna vojna na Ukrajine a následná energetická kríza v Európe, vyvolávajú medzi švajčiarskym obyvateľstvom obavy o energetickú bezpečnosť, najmä v zimných mesiacoch, a spochybňujú smerovanie klimatickej a energetickej politiky federálnej vlády. a parlamentom.

Na tomto pozadí výskumníci z Energy Science Center (ESC) na ETH Zurich podrobne skúmali otázku, či a za akých podmienok môže Švajčiarsko dosiahnuť svoj cieľ nulových čistých emisií do roku 2050 pri zachovaní bezpečných dodávok energie. Výskumníci teraz zverejňujú svoje zistenia v novej bielej knihe „Bezpečnosť dodávok v budúcnosti Švajčiarska s nulovou čistou energiou“.

„Naša kvalitatívna analýza ukazuje, že úplná dekarbonizácia švajčiarskeho energetického systému môže byť za určitých podmienok kompatibilná s vysokou úrovňou energetickej bezpečnosti,“ hovorí Gaby Hug, profesorka elektrických energetických systémov ETH. „Výzvy sú veľké, ale zvládnuteľné.“ Hug je vedúcim Energy Science Center a členom skupiny expertov na bezpečnosť dodávok vytvorenej minulý rok, ktorá napísala súčasnú bielu knihu.

Čistá nula scenáre ukazujú uskutočniteľnosť

Dodávka energie sa vo všeobecnosti považuje za bezpečnú, keď je k dispozícii dostatok energie nepretržite a za dostupné ceny. S cieľom objasniť túto otázku pre Švajčiarsko sa expertná skupina opiera o výskumnú prácu ETH Zurich a ETH Domain. Ich analýza je založená na niekoľkých nezávislých modeloch energetických systémov z domény ETH, ktoré boli použité na preskúmanie štyroch energetických scenárov možnej budúcnosti s nulovou čistou sieťou. Tieto scenáre sa líšia v základných predpokladoch, či je obchodovanie s elektrinou so susednými krajinami obmedzené a či je alebo nie je možná kompenzácia za zostávajúce emisie CO ₂ v zahraničí.

Simulácie všetkých štyroch scenárov ukázali, že s elektrifikáciou dopravy a vykurovaním by sa znížila celková energetická potreba, ale potreba elektriny by sa zvýšila zo súčasných 60 terawatthodín (TWh) ročne na minimálne 80 až 100 TWh. Vo všetkých scenároch možno rastúci dopyt po elektrine uspokojiť predovšetkým domácimi obnoviteľnými zdrojmi energie a obchodovaním s obnoviteľnou elektrinou.

„Ak bude elektrifikácia a rozšírenie obnoviteľných zdrojov prebiehať súčasne, spotreba a výroba sa zvýšia v harmónii a bude možná rýchla dekarbonizácia,“ hovorí odborník na energetické systémy. V diaľkovej doprave a letectve, kde je elektrifikácia oveľa komplikovanejšia, môžu dopyt uspokojiť (importované) bio a syntetické palivá. „Všetky scenáre vedú k záveru, že bezpečná dodávka energie s čistými nulovými emisiami do roku 2050 je technicky uskutočniteľná a cenovo dostupná,“ zhŕňa Hug.

Obchodovanie s elektrinou posilňuje energetickú bezpečnosť

Najdôležitejšími predpokladmi na to je podľa skupiny expertov dlhodobá integrácia Švajčiarska do európskeho trhu s elektrinou a rýchle rozšírenie výroby elektriny z rôznych obnoviteľných zdrojov doma i v zahraničí.

Christian Schaffner, výkonný riaditeľ ESC, vysvetľuje: „Čím viac obnoviteľnej elektriny vyrábame, tým menej sme závislí od dovozu fosílnych palív. To tiež znižuje riziko prerušenia dodávok z monopolizovaných zdrojov, ako je to v prípade zemného plynu z Ruska.“ Diverzifikovaná a decentralizovaná infraštruktúra elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov sa tiež považuje za menej náchylnú na poškodenie a posilňuje energetickú bezpečnosť za predpokladu, že je zaručený fungujúci obchod.

„Švajčiarsko preto potrebuje efektívny prístup na európsky trh s elektrinou, na ktorom je možné časovo a regionálne vyvážiť rôznorodé a kolísavé obnoviteľné zdroje,“ zdôrazňuje Schaffner, ktorý koordinoval prácu expertnej skupiny spolu s Kirsten Oswald.

Rozšírenie zimnej výroby elektriny

Aj pri silnom náraste domácej produkcie bude Švajčiarsko, tak ako dnes, elektrinu v zime dovážať a v lete vyvážať. Energetickú bezpečnosť by preto mohlo zvýšiť rozšírenie zimných produktívnych zdrojov, akými sú veterná energia, vysokohorská fotovoltaika a sezónne akumulácie tepla.

V bielej knihe sa ako ďalšia možnosť uvádza jadrová energia. Pokiaľ fungujú existujúce elektrárne, môžu podporovať premenu na energetický systém bez fosílnych palív. Sotva však možno očakávať nové reaktory pred rokom 2050 vzhľadom na chýbajúci politický rámec a náklady na výstavbu a časy, ktoré je ťažké vypočítať.

Výhody nad rámec energetického systému

Napokon aj experti ESC upozorňujú, že energetický systém bez fosílnych palív rozhodne niečo stojí, no ani status quo nie je zadarmo. Bez ohľadu na to, ako bude budúci energetický systém vyzerať, treba do energetického systému v najbližších desaťročiach intenzívne investovať. Okrem zvýšenej energetickej bezpečnosti prináša bez fosílny energetický systém aj množstvo ďalších výhod: Ak sa nám spolu s ďalšími krajinami podarí znížiť emisie skleníkových plynov a znečisťujúcich látok a zabrániť ďalším klimatickým zmenám, získame aj lepšie ovzdušie, vodu a kvalitu pôdy a zachovať základ života pre nás ľudí a všetky ostatné živé bytosti. „Tieto aspekty sa nedajú ľahko premeniť na peňažné hodnoty, ale nepochybne majú najvyššiu hodnotu,“ uzatvára Schaffner.

Biela kniha je druhou analýzou skupiny expertov na bezpečnosť dodávok a dopĺňa pozičný dokument „Kroky smerom k nezávislosti Švajčiarska na fosílnych palivách“ uverejnený v lete 2022. Obe štúdie sú verejne dostupné na webovej stránke Energy Science Center .

Odkaz na literatúru

Centrum energetických vied (2023). „Bezpečnosť dodávok v budúcnosti Švajčiarska s nulovou čistou energiou“. Biela kniha skupiny expertov na bezpečnosť dodávok.

Poteší nás, ak vás článok obohatil o iný uhol pohľadu a ďakujeme vopred, ak podporíte ľubovoľnou čiastkou slobodu slova na náš účet v ČSOB IBAN: SK80 7500 0000 0040 1415 4359