Η μεγαλύτερη πρόοδος καθαρής ενέργειας το 2016



Η καθαρή ενέργεια έκανε κρίσιμα βήματα το 2016. Οι συμφωνίες του Παρισιού για το κλίμα τέθηκε σε ισχύ , η τιμή των ηλιακών εγκαταστάσεων συνέχισε να πέφτει , επενδύσεις σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας εκτοξεύτηκε στα ύψη , ο υπεράκτιος άνεμος ξεκίνησε τελικά στις Ηνωμένες Πολιτείες και οι επιστήμονες έκαναν μια σειρά από τεχνικές προόδους που υπόσχονται να κάνουν τη βιώσιμη ενέργεια όλο και πιο αποτελεσματική και προσιτή.

Αυτό το τελευταίο είναι το κλειδί, καθώς η εφεύρεση εξακολουθεί να είναι ο πιο σίγουρος τρόπος για να αποφευχθούν οι μεγαλύτερες επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής. Οι σημερινές εμπορικά διαθέσιμες τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας δεν μπορούν να καλύψουν όλες τις παγκόσμιες ενεργειακές απαιτήσεις, ακόμα κι αν κλιμακωθούν επιθετικά. Οι Ηνωμένες Πολιτείες υπολείπονται περίπου 20% έως το 2050, σύμφωνα με μια ενδελεχή ανάλυση του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. Εν τω μεταξύ, η Διακυβερνητική Επιτροπή του ΟΗΕ για την Κλιματική Αλλαγή κατέληξε στο συμπέρασμα ο κόσμος πρέπει να μειώσει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου έως και 70 τοις εκατό μέχρι τα μέσα του αιώνα και σχεδόν στο μηδέν έως το 2100, για να έχει πιθανότητες να αποφύγει τα επίπεδα θέρμανσης που θα μπορούσαν να εξασφαλίσουν βύθιση πόλεων, μαζικές εξαφανίσεις και εκτεταμένες ξηρασίες.





Χρειαζόμαστε λοιπόν πιο υψηλής απόδοσης ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, φθηνότερη αποθήκευση, εξυπνότερα δίκτυα και αποτελεσματικά συστήματα για τη δέσμευση αερίων του θερμοκηπίου. Εδώ είναι μερικές από τις πιο υποσχόμενες επιστημονικές εξελίξεις του 2016.

Τεχνητή φωτοσύνθεση

Ένα από τα κρίσιμα κομμάτια που λείπουν στο χαρτοφυλάκιο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι ένα καθαρό υγρό καύσιμο που μπορεί να αντικαταστήσει τη βενζίνη και άλλα καύσιμα μεταφορών. Μία από τις πιο πολλά υποσχόμενες δυνατότητες είναι η τεχνητή φωτοσύνθεση, μιμούμενη τη μέθοδο της ίδιας της φύσης για τη μετατροπή του ηλιακού φωτός, του διοξειδίου του άνθρακα και του νερού σε καύσιμα.



Υπήρξαν αργές αν και σταθερές βελτιώσεις στον τομέα τα τελευταία χρόνια. Αλλά αυτό το καλοκαίρι, οι επιστήμονες του Χάρβαρντ, Daniel Nocera και Pamela Silvers συνεργασία με τους συν-συγγραφείς τους , ανέπτυξε ένα «βιονικό φύλλο» που μπορούσε να συλλάβει και να μετατρέψει το 10 τοις εκατό της ενέργειας στο ηλιακό φως, ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός για το πεδίο. Είναι επίσης περίπου 10 φορές καλύτερο από τη φωτοσύνθεση του μέσου φυτού σας.

Οι ερευνητές χρησιμοποιούν καταλύτες κατασκευασμένους από κράμα κοβαλτίου-φωσφόρου για να χωρίσουν το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο και στη συνέχεια να βάλουν τα ειδικά κατασκευασμένα βακτήρια να εργαστούν καταβροχθίζοντας το διοξείδιο του άνθρακα και το υδρογόνο και μετατρέποντάς τα σε υγρό καύσιμο.

είναι το σύμπαν μεγαλύτερο από τον γαλαξία

Άλλα εργαστήρια έχουν κάνει επίσης αξιοσημείωτα βήματα στην αποτελεσματικότητα και την ανθεκτικότητα των συσκευών ηλιακού καυσίμου τους τελευταίους μήνες, όπως το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley και το Κοινό Κέντρο Τεχνητής Φωτοσύνθεσης. Φέτος το τελευταίο εργαστήριο δημιούργησε μια ηλιακή συσκευή που μετέτρεπε το διοξείδιο του άνθρακα σε μυρμηκικό σε επίπεδα απόδοσης 10%. Το φορμάτ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πηγή ενέργειας για εξειδικευμένες κυψέλες καυσίμου.

Όμως ο τομέας εξακολουθεί να αντιμετωπίζει σημαντικές τεχνικές προκλήσεις, όπως παλαιότερα MIT Technology Review εξήγησε η ιστορία, και οποιαδήποτε εμπορικά προϊόντα είναι ακόμα πιθανώς χρόνια μακριά.



Ηλιακά θερμοφωτοβολταϊκά

Αυτή την άνοιξη, μια ομάδα ερευνητών του MIT έχουν αναφερθεί την ανάπτυξη μιας ηλιακής θερμοφωτοβολταϊκής συσκευής που θα μπορούσε ενδεχομένως να ξεπεράσει τα θεωρητικά όρια απόδοσης των συμβατικών φωτοβολταϊκών που χρησιμοποιούνται σε ηλιακούς συλλέκτες. Αυτά τα τυπικά ηλιακά κύτταρα μπορούν να απορροφήσουν ενέργεια μόνο από ένα κλάσμα του χρωματικού φάσματος του ηλιακού φωτός, κυρίως το οπτικό φως από το ιώδες έως το κόκκινο.

Αλλά οι επιστήμονες του MIT πρόσθεσαν ένα ενδιάμεσο συστατικό που αποτελείται από νανοσωλήνες άνθρακα και νανοφωτονικούς κρυστάλλους που μαζί λειτουργούν σαν ένα χωνί, συλλέγοντας ενέργεια από τον ήλιο και συγκεντρώνοντάς την σε μια στενή ζώνη φωτός.

πραγματική μαύρη τρύπα γαλαξία

Οι νανοσωλήνες συλλαμβάνουν ενέργεια σε ολόκληρο το χρωματικό φάσμα, συμπεριλαμβανομένων των αόρατων μηκών κύματος υπεριώδους και υπέρυθρης ακτινοβολίας, μετατρέποντάς την σε θερμική ενέργεια. Καθώς οι παρακείμενοι κρύσταλλοι θερμαίνονται σε υψηλές θερμοκρασίες, περίπου 1.000 °C, εκπέμπουν ξανά την ενέργεια ως φως, αλλά μόνο στη ζώνη που τα φωτοβολταϊκά κύτταρα μπορούν να συλλάβουν και να μετατρέψουν.

Οι ερευνητές προτείνουν ότι μια βελτιστοποιημένη έκδοση της τεχνολογίας θα μπορούσε μια μέρα να ξεπεράσει το θεωρητικό όριο της απόδοσης περίπου 30 τοις εκατό στα συμβατικά ηλιακά κύτταρα. Κατ' αρχήν τουλάχιστον, τα ηλιακά θερμοφωτοβολταϊκά θα μπορούσαν να επιτύχουν επίπεδα πάνω από 80 τοις εκατό, αν και αυτό είναι πολύ μακριά, σύμφωνα με τους επιστήμονες. Αλλά υπάρχει ένα άλλο κρίσιμο πλεονέκτημα σε αυτή την προσέγγιση. Επειδή η διαδικασία τελικά καθοδηγείται από τη θερμότητα, θα μπορούσε να συνεχίσει να λειτουργεί ακόμα και όταν ο ήλιος πέφτει πίσω από τα σύννεφα, μειώνοντας τη διαλείπουσα περίοδο που παραμένει ένα από τα κρίσιμα μειονεκτήματα της ηλιακής ενέργειας. Εάν η συσκευή συνδυαζόταν με έναν θερμικό μηχανισμό αποθήκευσης που θα μπορούσε να λειτουργήσει σε αυτές τις υψηλές θερμοκρασίες, θα μπορούσε να προσφέρει συνεχή ηλιακή ενέργεια κατά τη διάρκεια της ημέρας και της νύχτας.

Ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη

Τα ηλιακά κύτταρα Perovskite είναι φθηνά, εύκολα στην παραγωγή και πολύ αποτελεσματικά στην απορρόφηση του φωτός. Ένα λεπτό φιλμ του υλικού, μια κατηγορία υβριδικών οργανικών και ανόργανων ενώσεων με συγκεκριμένο τύπο κρυσταλλικής δομής, μπορεί να συλλάβει τόσο πολύ φως όσο ένα σχετικά παχύ στρώμα πυριτίου που χρησιμοποιείται στα τυπικά φωτοβολταϊκά.

Μία από τις κρίσιμες προκλήσεις, ωστόσο, ήταν η ανθεκτικότητα. Οι ενώσεις που απορροφούν πραγματικά την ηλιακή ενέργεια τείνουν να αποικοδομούνται γρήγορα, ιδιαίτερα σε υγρές και ζεστές συνθήκες.

Όμως ερευνητικές ομάδες στο Στάνφορντ, στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος και στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας , μεταξύ άλλων ιδρυμάτων, έκανε σημαντικά βήματα για τη βελτίωση της σταθερότητας των ηλιακών κυψελών περοβσκίτη φέτος, δημοσιεύοντας αξιόλογες εργασίες στο Φύση , Ενέργεια της Φύσης , και Επιστήμη .

«Στην αρχή της χρονιάς, απλώς δεν ήταν σταθερά για μεγάλες χρονικές περιόδους», λέει ο Ian Sharp, επιστήμονας στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley. «Αλλά υπήρξαν μερικές πραγματικά εντυπωσιακές προόδους από αυτή την άποψη. Φέτος τα πράγματα έχουν σοβαρέψει πραγματικά ».

Εν τω μεταξύ, άλλοι ερευνητές τα κατάφεραν ενίσχυση της αποτελεσματικότητας ηλιακών κυψελών περοβσκίτη και εντοπισμός πολλά υποσχόμενων νέων μονοπατιών για περαιτέρω πρόοδο.

Αποθήκευση άνθρακα

Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι υπεύθυνη για την παραγωγή του 30 τοις εκατό του διοξειδίου του άνθρακα της χώρας, επομένως η δέσμευση αυτών των εκπομπών στην πηγή είναι ζωτικής σημασίας για οποιοδήποτε σχέδιο μείωσης. Φέτος σημειώθηκαν πρόοδοι για πολλές αναδυόμενες προσεγγίσεις για τη δέσμευση άνθρακα σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, συμπεριλαμβανομένων των ανθρακικών κυψελών καυσίμου, καθώς και τουλάχιστον μερικές υποσχόμενες εφαρμογές της υπάρχουσας τεχνολογίας στον πραγματικό κόσμο. (Αν και, σίγουρα, υπήρξαν κάποιες έντονα αρνητικά παραδείγματα επισης.)

πώς να χρωματίσετε το σκούρο δέρμα ψηφιακό

Αλλά οι περισσότερες από αυτές τις προσεγγίσεις αφήνουν ανοιχτό το ερώτημα του τι να γίνει με το υλικό αφού καταγραφεί με επιτυχία. Και δεν είναι μικρό πρόβλημα. Ο κόσμος παράγει σχεδόν 40 δισεκατομμύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα ετησίως.

Μια μέθοδος, ωστόσο, φαίνεται πιο ελπιδοφόρα από ό,τι πιστεύαμε αρχικά: η ταφή του διοξειδίου του άνθρακα και η μετατροπή του σε πέτρα. Από το 2012, η ​​Reykjavik Energy’s CarbFix Project στην Ισλανδία έχει εγχύσει διοξείδιο του άνθρακα και νερό βαθιά υπόγεια, όπου αντιδρούν με τα ηφαιστειακά πετρώματα βασάλτη που είναι άφθονα στην περιοχή.

Μια ανάλυση που δημοσιεύτηκε στο Επιστήμη τον Ιούνιο διαπίστωσε ότι το 95 τοις εκατό του διοξειδίου του άνθρακα είχε μεταλλοποιηθεί σε λιγότερο από δύο χρόνια, πολύ πιο γρήγορα από τα εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια που πολλοί περίμεναν. Μέχρι στιγμής, επίσης δεν φαίνεται να διαρρέει αέρια θερμοκηπίου, γεγονός που υποδηλώνει ότι θα μπορούσε να είναι και φθηνότερο και ασφαλέστερο από τις υπάρχουσες προσεγγίσεις ταφής.

Ωστόσο, θα χρειαστεί περαιτέρω έρευνα για να δούμε πόσο καλά λειτουργεί σε άλλες περιοχές, ιδίως στους πυθμένες των ωκεανών, λένε εξωτερικοί παρατηρητές.

Διοξείδιο του άνθρακα σε αιθανόλη

Μια άλλη πολλά υποσχόμενη επιλογή για το δεσμευμένο διοξείδιο του άνθρακα είναι, ουσιαστικά, η ανακύκλωσή του σε χρησιμοποιήσιμα καύσιμα.

Νωρίτερα φέτος, ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ σκόνταψαν σε μια μέθοδο για τη μετατροπή της σε αιθανόλη, το υγρό καύσιμο που χρησιμοποιείται ήδη ως πρόσθετο στη βενζίνη. Η ομάδα ανέπτυξε έναν καταλύτη από άνθρακα, χαλκό και άζωτο με ανάγλυφη επιφάνεια, ο οποίος συγκέντρωνε τις ηλεκτροχημικές αντιδράσεις στις άκρες των νανοακίδων, σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Επιλογή Χημείας τον Οκτώβρη . Όταν εφαρμόστηκε τάση, η συσκευή μετέτρεψε ένα διάλυμα διοξειδίου του άνθρακα σε αιθανόλη σε υψηλό επίπεδο απόδοσης. Τα υλικά ήταν επίσης σχετικά φθηνά και η διαδικασία λειτούργησε σε θερμοκρασία δωματίου, και τα δύο κρίσιμα πλεονεκτήματα για οποιαδήποτε μελλοντική εμπορευματοποίηση.

διακεκομμένες γραμμές του Walter Lewin

Λαμβάνουμε διοξείδιο του άνθρακα, ένα απόβλητο προϊόν της καύσης, και ωθούμε αυτήν την αντίδραση καύσης προς τα πίσω, δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Adam Rondine σε μια δελτίο ειδήσεων .

Εκτός από τη μετατροπή του δεσμευμένου διοξειδίου του άνθρακα, η διαδικασία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευση περίσσειας ενέργειας από την παραγωγή αιολικής και ηλιακής ηλεκτρικής ενέργειας.

Ορισμένοι εξωτερικοί ερευνητές, ωστόσο, είναι δύσπιστοι σχετικά με τα αρχικά αποτελέσματα και περιμένουν με αγωνία να δουν εάν άλλα εργαστήρια μπορούν να επαληθεύσουν τα ευρήματα.

κρύβω

Πραγματικές Τεχνολογίες

Κατηγορία

Χωρίς Κατηγοριοποίηση

Τεχνολογία

Βιοτεχνολογία

Τεχνική Πολιτική

Την Αλλαγή Του Κλίματος

Άνθρωποι Και Τεχνολογία

Silicon Valley

Χρήση Υπολογιστή

Περιοδικό Mit News

Τεχνητή Νοημοσύνη

Χώρος

Έξυπνες Πόλεις

Blockchain

Feature Story

Προφίλ Αποφοίτων

Σύνδεση Αποφοίτων

Δυνατότητα Ειδήσεων Mit

1865

Η Θέα Μου

77 Mass Ave

Γνωρίστε Τον Συγγραφέα

Προφίλ Στη Γενναιοδωρία

Βλέπεται Στην Πανεπιστημιούπολη

Επιστολές Αποφοίτων

Νέα

Εκλογές 2020

Με Ευρετήριο

Κάτω Από Τον Θόλο

Πυροσβεστική Μάνικα

Άπειρες Ιστορίες

Πανδημικό Τεχνολογικό Έργο

Από Τον Πρόεδρο

Θέμα Εξώφυλλου

Φωτογραφίες

Συνιστάται