編者按:瑞典科學家研制出一種特殊液體,可以吸收少量太陽能并儲存起來,然后在需要的時候釋放出來。
太陽能是一種清潔能源,如果我們可以把太陽能裝進瓶子,即便沒有太陽光,也可以為我們提供能源,但這種想法能實現(xiàn)嗎?
幾十年來科學家們一直在尋找方法,現(xiàn)在瑞典研究人員表示,相關工作有了重大進展。他們已經(jīng)開發(fā)出一種特殊的液體,可以吸收少量太陽能,并儲存幾個月甚至幾年,然后在需要的時候釋放出來。如果這種太陽能熱能燃料能夠得到完善,它可能會取代化石燃料,并幫助解決我們面臨的全球變暖問題。
與石油、煤炭和天然氣不同,太陽能熱能燃料是可重復使用的,而且對環(huán)境友好。這種燃料能夠在不排放二氧化碳和其他溫室氣體的前提下釋放能量。
麻省理工學院研究此類材料的實驗室負責人杰弗里 格羅斯曼(Jeffrey Grossman)表示:“太陽能熱能燃料就像可充電電池,但與電能不同的是,需要先吸收陽光,然后在需要的時候將熱量釋放出來。”
在瑞典哥德堡查爾默斯理工大學的物理大樓屋頂上,卡斯珀·莫斯-保爾森(Kasper Moth-Poulsen)建造了一個原型系統(tǒng),用于測試研究小組開發(fā)的新型太陽能熱能燃料。
當泵驅動液體循環(huán)通過透明管道時,來自太陽的紫外光會激發(fā)其分子進入充能狀態(tài)。光使得燃料中碳、氫和氮原子之間的鍵進行重新排列,將一種被稱為降冰片二烯的化合物轉化為一種四環(huán)烷的化合物。由于能量被強化學鍵所束縛,即使當它冷卻下來時,四環(huán)烷仍然保留著捕獲的太陽能。
為了提取儲存的能量,莫斯-保爾森將這種活性燃料通過鈷基催化劑,四環(huán)烷分子就會轉變?yōu)榻当?。這種轉化釋放出大量的熱量,足以將燃料的溫度提高63攝氏度。
科學家們開發(fā)出太陽能熱能燃料 把太陽能裝進了儲物罐
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圖示:這種能量系統(tǒng)能夠實現(xiàn)閉環(huán)運行。
如果燃料在室溫下發(fā)生轉化(大約21攝氏度),它很快就會升溫到84攝氏度。
格羅斯曼說:“你可以把熱能用在熱水器、洗碗機或烘干機上。”
據(jù)統(tǒng)計,用于烹飪、滅菌、漂白、蒸餾等商業(yè)操作的能量消耗占到歐盟所有能源消耗的7%。
這種太陽能熱能燃料可以儲存在房屋或工廠內(nèi)的非保溫儲罐中,或者用管道或卡車在太陽能發(fā)電場和城市之間運送。相關的轉化過程只會消耗很少的燃料或催化劑,所以整個系統(tǒng)可以在一個閉環(huán)中運行,重復收集太陽能并在需要時散發(fā)熱量。“我們已經(jīng)運行了125個周期,沒有任何明顯的性能下降,”莫斯-保爾森說。
沒有火的熱能
根據(jù)莫斯-保爾森的計算,每公斤燃料能儲存250瓦時的能量,這大約是特斯拉Powerwall電池能量的兩倍,目前一些房主和公用事業(yè)公司用特斯拉的電池來儲存太陽能電池板產(chǎn)生的電能。
格羅斯曼在談到這項研究時說:“我對卡斯珀的研究感到非常興奮。”他說,上世紀70年代,在對降冰片二烯燃料進行大量研究之后,化學家們陷入了困境。經(jīng)過幾個循環(huán)后,燃料會不斷分解。它們的能量維持時間不長,而且必須與有毒溶劑混合,但有毒溶劑會稀釋這種吸能燃料。格羅斯曼說,“莫斯-保爾森正在使用最先進的工具來修復它。”
這些新研究結果引起了投資者的關注。莫斯-保爾森說,很多公司都聯(lián)系過他,討論商業(yè)化的可能性。
從原型到產(chǎn)品
盡管太陽能熱能燃料前景廣闊,但仍需要多年的發(fā)展。“我們已經(jīng)取得了很多進展,”莫斯-保爾森說,“但仍有很多問題需要解決。”
下一步將是開發(fā)一種單一燃料,它將結合其他團隊開發(fā)的多種燃料變體的最佳特性,包括長保質(zhì)期、高能量密度和良好的可回收性。
莫斯-保爾森的原型燃料是通過普通工業(yè)過程和廣泛使用的工業(yè)試劑(包括乙炔的衍生物)制成的。但目前尚不清楚這種燃料的商業(yè)售價是多少。
成本的一個重要因素將是燃料的效率,目前這種熱能燃料的效率相當?shù)?。原型燃料只對包括紫外線和藍色等最短波長的陽光做出反應,而它們只占太陽能的5%。保爾森說,他正在努力擴大這種燃料的敏感性,使其能夠對更多的光譜有所反應。
他還打算打破溫度上升63攝氏度的記錄。他表示:“如果對化學結構進行更多調(diào)整,我認為可以將(上升溫度)推至80攝氏度或更高。”
40歲的莫斯-保爾森回憶道:“剛開始的時候,只有一個研究小組在研究這種系統(tǒng)?,F(xiàn)在包括美國、中國、德國在內(nèi)的大約15個團隊都在迎接這一挑戰(zhàn)。”
原標題:技術|新奇!太陽能裝在瓶子里保存幾年