De største fremskridt inden for ren energi i 2016

Ren energi tog kritiske fremskridt i 2016. Paris-klimaaftalen trådte i kraft , prisen på solcelleanlæg fortsatte med at falde , investeringer i vedvarende energi steg i vejret , kom havvind endelig i gang i USA, og forskerne lavede en række tekniske fremskridt, der lover at gøre bæredygtig energi mere effektiv og overkommelig.

Den sidste er nøglen, da opfindelse stadig er den sikreste måde at undgå de største konsekvenser af klimaændringer. Nutidens kommercielt tilgængelige vedvarende teknologier kan ikke imødekomme alle verdens energibehov, selvom de skaleres aggressivt op. USA mangler omkring 20 procent i 2050, ifølge en grundig analyse fra National Renewable Energy Laboratory. I mellemtiden har FN's mellemstatslige panel om klimaændringer afsluttet verden skal reducere udledningen af ​​drivhusgasser med så meget som 70 procent i midten af ​​århundredet og til næsten nul i 2100 for at have nogen chance for at undgå opvarmningsniveauer, der kan sikre synkende byer, masseudryddelse og udbredt tørke.



Så vi har brug for flere højeffektive vedvarende energikilder, billigere lagring, smartere net og effektive systemer til at opfange drivhusgasser. Her er nogle af de mest lovende videnskabelige fremskridt i 2016.

Kunstig fotosyntese

En af de afgørende manglende brikker i porteføljen af ​​vedvarende energikilder er et rent flydende brændstof, der kan erstatte benzin og andre transportbrændstoffer. En af de mest lovende muligheder er kunstig fotosyntese, der efterligner naturens egen metode til at omdanne sollys, kuldioxid og vand til brændstoffer.

Der har været langsomme om stadige forbedringer på området i de senere år. Men denne sommer indgik Harvard-forskerne Daniel Nocera og Pamela Silvers samarbejde med deres medforfattere , udviklet et 'bionisk blad', der kunne fange og omdanne 10 procent af energien i sollys, et stort skridt fremad for marken. Det er også omkring 10 gange bedre end fotosyntesen af ​​din gennemsnitlige plante.

Forskerne bruger katalysatorer fremstillet af en kobolt-fosforlegering til at spalte vandet i brint og oxygen og sætter derefter specielt udviklede bakterier til at arbejde med at opsluge kuldioxid og brint og omdanne dem til flydende brændstof.

Andre laboratorier har også gjort bemærkelsesværdige fremskridt i effektiviteten og holdbarheden af ​​solbrændstofsenheder i de seneste måneder, herunder Lawrence Berkeley National Laboratory og Joint Center for Artificial Photosynthesis. I år skabte sidstnævnte laboratorium en solcelledrevet enhed, der konverterede kuldioxid til formiat ved 10 procent effektivitetsniveauer. Formiat kan bruges som energikilde til specialiserede brændselsceller.

Men feltet står stadig over for betydelige tekniske udfordringer, som tidligere MIT Technology Review historien forklaret, og eventuelle kommercielle produkter er sandsynligvis stadig år væk.

Termofotovoltaiske solceller

Dette forår har et hold af MIT-forskere rapporteret udviklingen af ​​et termofotovoltaisk solcelleanlæg, der potentielt kunne skubbe forbi de teoretiske effektivitetsgrænser for de konventionelle solceller, der bruges i solpaneler. Disse standard solceller kan kun absorbere energi fra en brøkdel af sollys farvespektrum, hovedsageligt det visuelle lys fra violet til rødt.

Men MIT-forskerne tilføjede en mellemkomponent, der består af kulstofnanorør og nanofotoniske krystaller, der tilsammen fungerer som en tragt, der samler energi fra solen og koncentrerer den til et smalt lysbånd.

Nanorørene fanger energi over hele farvespektret, inklusive i de usynlige ultraviolette og infrarøde bølgelængder, og omdanner det hele til varmeenergi. Da de tilstødende krystaller varmes op til høje temperaturer, omkring 1.000 °C, gengiver de energien som lys, men kun i det bånd, som solceller kan fange og omdanne.

Forskerne foreslår, at en optimeret version af teknologien en dag kan bryde igennem det teoretiske loft på omkring 30 procent effektivitet på konventionelle solceller. I princippet kunne termofotovoltaiske solceller i det mindste opnå niveauer over 80 procent, selvom det er langt ude, ifølge forskerne. Men der er en anden kritisk fordel ved denne tilgang. Fordi processen i sidste ende er drevet af varme, kan den fortsætte med at fungere, selv når solen dukker sig bag skyer, hvilket reducerer intermittensen, der forbliver en af ​​de kritiske ulemper ved solenergi. Hvis enheden var koblet sammen med en termisk lagringsmekanisme, der kunne fungere ved disse høje temperaturer, kunne den tilbyde kontinuerlig solenergi gennem dagen og natten.

Perovskite solceller

Perovskite solceller er billige, nemme at producere og meget effektive til at absorbere lys. En tynd film af materialet, en klasse af hybride organiske og uorganiske forbindelser med en bestemt type krystalstruktur, kan fange lige så meget lys som et relativt tykt lag af silicium, der bruges i standard solcelleanlæg.

En af de kritiske udfordringer har dog været holdbarhed. De forbindelser, der faktisk absorberer solenergi, har en tendens til hurtigt at nedbrydes, især under våde og varme forhold.

Men forskningsgrupper ved Stanford, Los Alamos National Laboratory og Schweiziske føderale teknologiske institut blandt andre institutioner har gjort betydelige fremskridt med at forbedre stabiliteten af ​​perovskit-solceller i år og har udgivet bemærkelsesværdige artikler i Natur , Naturenergi , og Videnskab .

'I starten af ​​året var de bare ikke stabile i lange perioder,' siger Ian Sharp, en stabsforsker ved Lawrence Berkeley National Lab. 'Men der har været nogle virkelig imponerende fremskridt i den henseende. I år er tingene virkelig blevet alvorlige.'

I mellemtiden er det lykkedes for andre forskere øge effektiviteten af perovskit-solceller og identificere lovende nye veje til yderligere fremskridt.

Kulstoflagring

Elektricitetsproduktion er ansvarlig for at producere 30 procent af landets kuldioxid, så at fange disse emissioner ved kilden er afgørende for enhver reduktionsplan. I år oplevede man fremskridt for flere nye tilgange til at opfange kulstof i kraftværker, herunder carbonatbrændselsceller, såvel som i det mindste nogle lovende implementeringer af eksisterende teknologi i den virkelige verden. (Selvom der helt sikkert har været nogle stærkt negative eksempler såvel.)

Men de fleste af disse tilgange lader spørgsmålet om, hvad man skal gøre med tingene, efter at det er blevet fanget med succes. Og det er ikke et lille problem. Verden producerer næsten 40 milliarder tons af kuldioxid årligt.

En metode virker dog mere lovende end først antaget: at begrave kuldioxid og omdanne det til sten. Siden 2012 har Reykjavik Energy's CarbFix projekt i Island har injiceret kuldioxid og vand dybt under jorden, hvor de reagerer med de vulkanske basaltklipper, der er rigelige i regionen.

En analyse offentliggjort i Videnskab i juni fandt ud af, at 95 procent af kuldioxiden var mineraliseret på mindre end to år, meget hurtigere end de hundredtusinder af år, mange havde forventet. Indtil videre ser det heller ikke ud til at sive drivhusgasser ud, hvilket tyder på, at det kan være både billigere og mere sikkert end eksisterende begravelsesmetoder.

Men yderligere forskning vil være påkrævet for at se, hvor godt det fungerer i andre områder, især herunder under havbunden, siger eksterne iagttagere.

Kuldioxid til ethanol

En anden lovende mulighed for opfanget kuldioxid er i det væsentlige at genbruge det tilbage til brugbare brændstoffer.

Tidligere i år faldt forskere ved det amerikanske energiministeriums Oak Ridge National Laboratory over en metode til at omdanne det til ethanol, det flydende brændstof, der allerede bruges som tilsætningsstof i benzin. Holdet udviklede en katalysator fremstillet af kulstof, kobber og nitrogen med en tekstureret overflade, som koncentrerede de elektrokemiske reaktioner ved spidsen af ​​nanospidser, ifølge en undersøgelse offentliggjort i Kemi Vælg i oktober . Når spænding blev påført, omdannede enheden en opløsning af kuldioxid til ethanol med et højt effektivitetsniveau. Materialerne var også relativt billige, og processen fungerede ved stuetemperatur, begge kritiske fordele for enhver fremtidig kommercialisering.

Vi tager kuldioxid, et affaldsprodukt fra forbrænding, og vi skubber den forbrændingsreaktion bagud, sagde hovedforfatter Adam Rondinone i en nyhedsmeddelelse .

Ud over at konvertere opfanget kuldioxid kan processen bruges til at lagre overskydende energi fra vind- og solenergiproduktion.

Nogle eksterne forskere er dog skeptiske over for de første resultater og afventer spændt på at se, om andre laboratorier kan verificere resultaterne.

skjule