據報道,瑞典科學家近來獲得重大突破,開發出一種液體燃料,可以儲存太陽熱能長達18年。
報道稱,瑞典科學家研制(zhi)出了(le)一種特殊液體,可以(yi)吸收少量太陽能(neng)熱(re)能(neng)并儲存起來,然后在需要的時候(hou)釋放出來。
與石(shi)油、煤(mei)炭和天然氣不同,太陽能(neng)是清(qing)潔能(neng)源,卻難以(yi)儲(chu)存(cun),無法在沒有(you)太陽光的時候為(wei)我們提供能(neng)源,幾十年來(lai)科學(xue)家們一直在尋找(zhao)能(neng)夠儲(chu)存(cun)的方法。
現在(zai),瑞典(dian)研(yan)究人員表示,相關工作有了重大進展,他(ta)們已經開發出一種特殊的液體,可以吸收太陽能并儲存(cun),然后在(zai)需要的時候釋放出來。
這種太陽(yang)能(neng)熱能(neng)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)可重復使用,能(neng)夠在不排(pai)放(fang)二氧化碳(tan)和(he)其他溫室(shi)氣(qi)體(ti)的前提下釋(shi)放(fang)能(neng)量,對(dui)環境友好。如果這一技術(shu)得到完善,它可能(neng)會取代化石燃(ran)(ran)料(liao)(liao),并(bing)幫助我們解決全球變暖問題。
麻省(sheng)理工學(xue)院研究此(ci)類材料的實驗室負責人杰弗里 格羅斯曼(Jeffrey Grossman)表(biao)示:“太(tai)陽能(neng)熱能(neng)燃料就像可充電電池,但與電能(neng)不同的是,需(xu)要(yao)先吸收陽光(guang),然(ran)后(hou)在需(xu)要(yao)的時候將熱量(liang)釋(shi)放出來。”
在(zai)瑞(rui)典哥(ge)德(de)堡查爾(er)默斯理(li)(li)工大(da)學的物理(li)(li)大(da)樓屋頂上(shang),卡斯珀·莫斯-保爾(er)森(Kasper Moth-Poulsen)建造了(le)一個(ge)原(yuan)型系統,用于(yu)測(ce)試研究小組開發的新型太陽能熱能燃料。
哥德堡查爾默斯理工大(da)學(xue)教授開(kai)發的太(tai)陽能熱能燃料儲能系統
當(dang)泵驅動液體循環(huan)通過(guo)透明管道時(shi),來(lai)自太陽(yang)的(de)(de)紫外光會激發(fa)其(qi)分子(zi)進入充能狀態。光使得(de)燃(ran)料中(zhong)碳(tan)、氫和(he)氮原子(zi)之間的(de)(de)鍵(jian)進行重新排列,將一種(zhong)被(bei)稱為降冰片二烯的(de)(de)化(hua)合物(wu)轉化(hua)為一種(zhong)四(si)環(huan)烷的(de)(de)化(hua)合物(wu)。由(you)于(yu)能量被(bei)強(qiang)化(hua)學鍵(jian)所束(shu)縛,即使當(dang)它冷(leng)卻下(xia)來(lai)時(shi),四(si)環(huan)烷仍(reng)然保留著捕獲的(de)(de)太陽(yang)能。
為(wei)了(le)提(ti)(ti)取(qu)儲存的能量(liang),莫(mo)斯-保爾森將(jiang)(jiang)這(zhe)種(zhong)(zhong)活性燃料(liao)通過鈷基催化劑,四環烷分(fen)子就(jiu)會轉變為(wei)降冰片(pian)二烯(xi)。這(zhe)種(zhong)(zhong)轉化釋放出大量(liang)的熱量(liang),足以將(jiang)(jiang)燃料(liao)的溫(wen)度提(ti)(ti)高63攝氏(shi)度。
這種(zhong)能量系統能夠實現(xian)閉(bi)環運(yun)行
如果燃料(liao)在室溫下發生轉化(大約21攝氏度(du)),它很快就會升溫到84攝氏度(du)。格羅斯曼說:“你可以(yi)把熱(re)能用在熱(re)水器(qi)、洗碗機或烘干機上。”
據統計,用于烹飪、滅(mie)菌、漂(piao)白、蒸餾等商業操作的(de)能量消耗占到歐盟所有能源(yuan)消耗的(de)7%。
這種太陽(yang)能(neng)(neng)熱能(neng)(neng)燃料可以(yi)儲(chu)存(cun)在(zai)房屋或工廠內的非保溫儲(chu)罐中,或者用(yong)管道或卡車在(zai)太陽(yang)能(neng)(neng)發電場和城(cheng)市之間運送(song)。相關(guan)的轉化過程(cheng)只(zhi)會消(xiao)耗很(hen)少的燃料或催化劑,所以(yi)整個系統可以(yi)在(zai)一個閉(bi)環中運行,重復收(shou)集太陽(yang)能(neng)(neng)并在(zai)需要時散發熱量。“我們已經運行了125個周期,沒有(you)任何明顯的性能(neng)(neng)下降,”莫斯(si)-保爾森說。
根據莫斯-保爾森的(de)計算,每公斤燃料能(neng)儲存250瓦時的(de)能(neng)量,這大(da)約(yue)是特斯拉(la)Powerwall電(dian)池能(neng)量的(de)兩倍,目前一些(xie)房主和公用事業公司(si)用特斯拉(la)的(de)電(dian)池來儲存太陽(yang)能(neng)電(dian)池板產(chan)生的(de)電(dian)能(neng)。
據(ju)驗(yan)證(zheng)證(zheng)實,改(gai)研(yan)究(jiu)可(ke)以將(jiang)存儲(chu)的太陽能液(ye)體(ti)加熱到63攝氏度(113華氏度),整體(ti)循環使(shi)用的次數超過了125次,并且還可(ke)以進(jin)一步提升。
研究人員稱,如(ru)果進行該系統(tong)的改(gai)造,還(huan)能將熱(re)量(liang)轉化到至(zhi)少110攝氏度(230華氏度)的熱(re)量(liang)釋放。
格(ge)羅斯曼在談到(dao)這項研(yan)究時說:“我對卡斯珀的研(yan)究感到(dao)非常興奮。”
他(ta)說(shuo),上世紀(ji)70年(nian)代,在對降冰片二烯燃料(liao)進(jin)行大量研究之后,化學家(jia)們(men)陷入了(le)困境。經(jing)過幾個循環后,燃料(liao)會不斷(duan)分(fen)解(jie)。它們(men)的能量維持時(shi)間不長,而且必須與有(you)毒溶(rong)劑(ji)混合,但(dan)有(you)毒溶(rong)劑(ji)會稀釋這種吸能燃料(liao)。
格羅斯(si)曼說,“莫斯(si)-保爾森正在(zai)使用最先進的工具來修復(fu)它(ta)。”
這些(xie)新研究結果(guo)引(yin)起(qi)了投資(zi)者(zhe)的關注。莫斯(si)-保(bao)爾森說(shuo),很多公司(si)都聯系(xi)過他(ta),討論商業化的可能性。
盡管太陽能熱能燃料前景廣闊,但仍需要(yao)多年(nian)的發展。“我們已經取得了很多進展,”莫(mo)斯(si)-保爾森說,“但仍有很多問(wen)題需要(yao)解(jie)決。”
下一(yi)步將(jiang)是開發(fa)一(yi)種單一(yi)燃(ran)料,它(ta)將(jiang)結(jie)合其他團隊開發(fa)的多種燃(ran)料變體的最佳(jia)特(te)性,包括長保(bao)質期、高能量密度和良好的可回收性。
莫(mo)斯-保爾森的(de)原型燃料(liao)是(shi)通過(guo)普通工業(ye)過(guo)程和廣(guang)泛使(shi)用的(de)工業(ye)試劑(包括乙炔(gui)的(de)衍生物)制成的(de)。但目前尚不清(qing)楚這(zhe)種(zhong)燃料(liao)的(de)商業(ye)售(shou)價是(shi)多少。
決定成(cheng)本的(de)一(yi)個重要因素是(shi)燃(ran)(ran)料(liao)的(de)效率,目(mu)前這種熱能燃(ran)(ran)料(liao)的(de)效率相當低(di)。原型燃(ran)(ran)料(liao)只(zhi)(zhi)對包括(kuo)紫外線和藍(lan)色等(deng)最短波長的(de)陽光做(zuo)出反(fan)應,而它們只(zhi)(zhi)占(zhan)太陽能的(de)5%。
保(bao)爾森(sen)說,他正在努力擴大這種燃料(liao)的敏感性,使其能(neng)夠對(dui)更(geng)多(duo)的光譜有所反(fan)應。
他(ta)(ta)還(huan)打算打破溫度(du)上(shang)升(sheng)63攝(she)氏度(du)的記錄(lu)。他(ta)(ta)表示(shi):“如果對化學結(jie)構(gou)進行更多調(diao)整,我認為可以將(上(shang)升(sheng)溫度(du))推至80攝(she)氏度(du)或更高(gao)。”
40歲的莫斯-保爾森(sen)回(hui)憶道(dao):“剛開始的時候,只有一(yi)個研究小組(zu)在(zai)(zai)(zai)研究這(zhe)種系統。現(xian)在(zai)(zai)(zai),包括(kuo)美國(guo)、中國(guo)、德國(guo)在(zai)(zai)(zai)內的大約15個團隊都(dou)在(zai)(zai)(zai)迎接這(zhe)一(yi)挑(tiao)戰。”