hirdetés
hirdetés

Innovációk az energetikában

Lehet-e olcsóbb a megújuló energia?

A megújuló energiaforrásokból táplálkozó rendszerek előállításának árcsökkenése a tömeggyártás miatt rohamos volt az elmúlt tíz év során. Mára ez az csökkenés lelassult, de a legújabb technológiák további hatékonyságnövelést és gazdaságosságot ígérnek. 

hirdetés

A szélből, napból, geotermikus forrásból származó, valamint a biomasszára épülő erőművek és a környezetet nem károsító vízerőművek által termelt energiát az ember ősidők óta próbálja munkára bírni. A megújuló energiaforrások optimálása csak az elmúlt 25 évben gyorsult fel, miközben a legrégebben működő napelemes rendszer már 60 éve üzemel. Az ózonréteg elvékonyodásának felfedezése, majd a klímapolitika kialakulása új életre keltette a megújuló energiaforrásokat, így az elmúlt években hatványozottan megnőtt ezeknek a használata, előállítási költségük pedig az innovatív technológiák alkalmazásával folyamatos csökken, de már visszafogottabb mértékben a korábbinál.  

A kevesebb több, ha nagyobb

A szélturbinák mérete egyre növekszik, ott a rotorméret a lényeg. A turbina lapátjainak méretével növekszik exponenciálisan az előállítható elektromos áram mennyisége. A B75 névre hallgató Siemens Integral Blade szélturbina-lapát akkora, mint az Airbus A380 szárnyfesztávolsága, majdnem nyolcvan méter. Ez a hat megawattos turbina Dániában áll, a cél pedig, hogy minél több monstre szélturbinát telepítsenek Európa-szerte, főleg a nyílt tengeri területekre, mivel egy kis teljesítményű szélturbina üzembe helyezése ugyanakkora költség, mint egy nagyobbé.

Szélturbinák Dániában
Szélturbinák Dániában

A Siemens Németországban epoxigyantából öntötte ezeket a méretes szélturbina-lapátokat, amelyeket üvegszállal és balsafával erősítettek meg. A rendkívül robusztus rotor előállítását ez a speciális technológia tette lehetővé, ezzel egy nagyon könnyű – a hagyományos lapátnál 20 százalékkal kisebb súlyú – és rendkívül erős szélturbina-lapátot eredményezve. A rotor mozgás közben 18 600 négyzetmétert fed le, ami nagyobb, mint kettő focipálya.

Mintaprojekt Abu Dhabiban

Az általános elv, miszerint forgólapátok fogják fel a szelet és alakítják villamosenergiává, a közeljövőben nem változik, de új technológiák azért folyamatosan születnek. Egy New York-i tervezőiroda koncepciója alapján más esztétikus és hatékony módja is lehet a szélenergia-termelésnek. Ők függőleges, óriási növényi szárakra emlékeztető szerkezetet terveztek, amelyek rezegnek a szélben, rotorok és lapátok nélkül. A tervezők, Abu Dhabi Masdar nevű, hat négyzetkilométeres smart city városrészére tervezték a "Windstalk" projektet a Land art Generator versenyére. A projektgazda Atelier DNA több mint ezerkettőszáz darab, ötvenöt méter magas szénszálas műgyanta oszlopot helyezett el egy-egy alapzatra.

A Windstalk projekt a smart city-ben
A Windstalk projekt a smart city-ben

A szárak legnagyobb kilengése akár tíz-húsz méter átmérőjű is lehet. Az oszlop alja harminc centiméter, míg a felső végpontja csupán öt centiméter átmérőjű. A szélszárak legvégén egy-egy led fényforrás található, amely annál intenzívebben világít, minél erősebb a szél. Az egyes rudak üregesek, bennük egy-egy köteg piezoelektromos kerámia lemez található, elektródákkal összekötve. A rúd alapzatában lévő generátor egy sor áramgeneráló lengéscsillapítón keresztül elektromos árammá alakítja a mozgási energiát, amelyet szeles időben, a rudakban lévő piezoelektromos részek tömörülése gerjeszt – innen továbbítják a hálózatba a megtermelt energiát is.

Olcsó energiatárolás nagyban

A megújuló energiaforrások folyamatos használatát az akkumulátorok biztosítják. Ma még elterjedt nézet, hogy az energiatárolás és annak szükség szerinti visszatáplálása a hálózatba, költséges kihívás. A legújabb fejlesztések ennek megfelelően a tárolására irányulnak. Pár éve még nemigen létezett olyan akkumulátor-technológia, amely képes lett volna megfelelni a sürgető igényeknek: a rendkívül magas teljesítménynek, a hosszú üzemidőnek és az alacsony költségnek. Donald Sadoway, a MIT (Massachusetts Institude of Technology) kutatója és a Liquid Metals Battery Corporation alapítója 2009-2010 környékén elhatározta, hogy egy olyan olcsó akkumulátort fejleszti ki, amely a naperőművek vagy szélturbinák által termelt, de fel nem használt energiáját tárolja.

A folyékony fém akkumulátor modellje: a piros réteg a nehéz folyékony fém katód, a sárga az olvadt só elektrolit és a zöld a kevésbé sűrű anód. A tartály körül szigetelőanyag látható (fotó: technologyreview)
A folyékony fém akkumulátor modellje: a piros réteg a nehéz folyékony fém katód, a sárga az olvadt só elektrolit és a zöld a kevésbé sűrű anód. A tartály körül szigetelőanyag látható (fotó: technologyreview)

Ez az új akkumulátor-technológia a folyékony fémen, pontosabban a magnéziumon alapszik, amely nagyon olcsó alapanyagnak minősül. Az új technológia szerint a magnéziumot 700 °C-ig hevítik, ekkor cseppfolyóssá válik és három réteg alakul ki: egy réteg tiszta magnézium, amely a negatív elektróda, egy magnézium, kálium és nátrium sóiból álló réteg, amely az elektrolitot alkotja, végül képződik egy magnézium-antimon ötvözet, amely a pozitív elektróda szerepét tölti be. Az anyagok magas elektromos vezetőképességet mutatnak, nagy sebességgel lehet őket feltölteni és kisütni, az elektromosságot milliszekundumok alatt tudják felvenni és leadni, emellett a cella négyzetcentiméterenként 200 milliamper áramsűrűséget is kibír.

Az Ambri cég számos támogatóval – köztük Bill Gatesszel – idén elkezdte a liquid metal battery technology (LMB) éles tesztelését a berendezésnek, és 2017-ben kereskedelmi forgalomba is helyezik a folyékony fém akkumulátort. 

Optika a kemencében

A napelemgyártást érő leghelytállóbb kritika a környezetszennyezés mellett a magas költség. Jelenleg a napelemgyártásba fektetett energia megtérülését a Fraunhofer Institute 2016-os jelentése tizennégy-negyven hónapra becsüli. Nagy áttörést várnak a 2008 óta tartó fejlesztéstől, a szilikonszubsztrát felhevítésére kikísérletezett optikai kemencétől, amely kevesebb hő- és energiaveszteséggel és kisebb selejtszámmal képes gyártani a fotovoltaikus lapkákat.

A Solar Optical Cavity elnevezésű kemence a hagyományostól eltérően optikai hevítés útján gyártja a szilícium cellákat, megközelítően ötven százalékos gyártási költségen. A kemence magában foglal egy sor lámpát, amelyek egy rendkívül erős fényvisszaverő képességgel rendelkező kerámiabevonatos kamrában vannak, így lehetővé téve az egyenletes hőmérséklet elosztást – ez eddig nehézkes volt. A komplex geometrikus formatervezésnek, és a remek hőszigetelő és erős fényvisszaverő falaknak köszönhetően lehetővé vált, hogy energiaveszteség nélkül lehessen gyártani a napelemekhez szükséges szilícium szeleteket. Ez a kemence az üreg formája miatt csak a fele energiát használja el egy hagyományoshoz képest, és csak úgy, mint a mikrohullámú sütő, a céltárgyon oszlatja el az energiát, nem a hevítés terében. 

Bhuhsan Sopori fejlesztőmérnök (fotó: Dennis Schroeder, National Renewable Energy Laboratory's)
Bhuhsan Sopori fejlesztőmérnök (fotó: Dennis Schroeder, National Renewable Energy Laboratory's)

Új anyagok a napfény befogására

A perovszkit szerkezetű anyagok már több mint 100 éve ismertek, de korábban nem gondolták, hogy felhasználhatók napelemekben. Fényelnyelő képességük rendkívül jó, míg egy hagyományos napelemben megközelítőleg száznyolcvan mikron vastagságú szilíciumrétegre van szükség, addig a perovszkites napelembe egy mikronnál vékonyabb filmréteg elegendő ugyanannyi napfény "befogásához".

A kutatók 2009-ben próbálták ki először az újfajta napelemeket, amelyeknek akkor három-négy százalékos hatásfokuk volt. Ezt feltétlenül növelni kellett, ezért kísérletükben a folyékony elektrolitot szilárdra cserélték, amivel folyamatosan érik el az egyre magasabb hatásfokértékeket – ez jelenleg huszonkettő százalékos. A perovszkit akár szilícium alapú réteggel együtt is használható, és ilyenkor a hatásfok elérheti a negyvennégy százalékot. A nagyobb hatásfok abból ered, hogy a perovszkit réteg a nagyobb energiájú fényt elnyeli, míg az alacsonyabb energiájút átereszti, amely így az alsó szilícium rétegben elnyelődik.

Az új napelemet kifejlesztő kutatók szerint hasonló szerkezetű anyagokkal a napelempanelek ára akár tizenöt centre is csökkenhet wattonként. Pillanatnyilag a legolcsóbb piaci szereplők által gyártott panelek tipikus ára negyven cent körül mozog. Érdekesség, hogy néhány éve még az 50 cent/wattos álomár volt a cél, azt már versenyképesnek találtak a fosszilis tüzelőanyagokkal szemben. 

Trapp Henci
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés
hirdetés