211service.com
De største fremskritt innen ren energi i 2016
Ren energi tok kritiske fremskritt i 2016. Paris-klimaavtalen trådte i kraft , prisen på solcelleinstallasjoner fortsatte å falle , investeringer i fornybar energi steg til værs , offshore vind kom endelig i gang i USA, og forskere gjorde en rekke tekniske fremskritt som lover å gjøre bærekraftig energi stadig mer effektiv og rimelig.
Det siste er nøkkelen, siden oppfinnelsen fortsatt er den sikreste måten å unngå de største konsekvensene av klimaendringer. Dagens kommersielt tilgjengelige fornybare teknologier kan ikke møte alle verdens energibehov, selv om de skaleres opp aggressivt. USA mangler omtrent 20 prosent innen 2050, ifølge en grundig analyse fra National Renewable Energy Laboratory. I mellomtiden, FNs mellomstatlige panel for klimaendringer konkluderte verden må kutte klimagassutslippene med så mye som 70 prosent innen midten av århundret, og til nesten null innen 2100, for å ha noen sjanse til å unngå oppvarmingsnivåer som kan sikre synkende byer, masseutryddelser og omfattende tørke.
Så vi trenger mer høyeffektive fornybare energikilder, billigere lagring, smartere nett og effektive systemer for fangst av klimagasser. Her er noen av de mest lovende vitenskapelige fremskrittene i 2016.
Kunstig fotosyntese
En av de avgjørende manglende brikkene i porteføljen av fornybare energikilder er et rent flytende drivstoff som kan erstatte bensin og annet transportdrivstoff. En av de mest lovende mulighetene er kunstig fotosyntese, som etterligner naturens egen metode for å omdanne sollys, karbondioksid og vann til drivstoff.
Det har vært sakte om jevne forbedringer på feltet de siste årene. Men denne sommeren har Harvard-forskerne Daniel Nocera og Pamela Silvers, i samarbeid med sine medforfattere , utviklet et 'bionisk blad' som kunne fange og konvertere 10 prosent av energien i sollys, et stort skritt fremover for feltet. Det er også omtrent 10 ganger bedre enn fotosyntesen til den gjennomsnittlige planten din.
Forskerne bruker katalysatorer laget av en kobolt-fosforlegering for å splitte vannet til hydrogen og oksygen, og deretter sette spesialkonstruerte bakterier til å jobbe med å sluke opp karbondioksid og hydrogen og omdanne dem til flytende drivstoff.
Andre laboratorier har også gjort bemerkelsesverdige fremskritt når det gjelder effektiviteten og holdbarheten til enheter for solenergi de siste månedene, inkludert Lawrence Berkeley National Laboratory og Joint Center for Artificial Photosynthesis. I år skapte det sistnevnte laboratoriet en solcelledrevet enhet som konverterte karbondioksid til formiat ved 10 prosent effektivitetsnivåer. Formiat kan brukes som energikilde for spesialiserte brenselceller.
Men feltet står fortsatt overfor betydelige tekniske utfordringer, som tidligere MIT Technology Review historien forklart, og eventuelle kommersielle produkter er fortsatt sannsynligvis år unna.
Termofotovoltaiske solceller
Denne våren har et team av MIT-forskere rapportert utviklingen av en termofotovoltaisk solcelleenhet som potensielt kan presse forbi de teoretiske effektivitetsgrensene til konvensjonelle solcelleanlegg som brukes i solcellepaneler. Disse standard solcellene kan bare absorbere energi fra en brøkdel av sollysets fargespekter, hovedsakelig det visuelle lyset fra fiolett til rødt.
Men MIT-forskerne la til en mellomkomponent som består av karbon-nanorør og nanofotoniske krystaller som sammen fungerer som en trakt, samler energi fra solen og konsentrerer den til et smalt lysbånd.
Nanorørene fanger energi over hele fargespekteret, inkludert i de usynlige ultrafiolette og infrarøde bølgelengdene, og konverterer det hele til varmeenergi. Ettersom de tilstøtende krystallene varmes opp til høye temperaturer, rundt 1000 °C, gjengir de energien som lys, men bare i båndet som solcelleceller kan fange opp og konvertere.
Forskerne antyder at en optimalisert versjon av teknologien en dag kan bryte gjennom det teoretiske taket på rundt 30 prosent effektivitet på konvensjonelle solceller. I det minste i prinsippet kan termofotovoltaikk oppnå nivåer over 80 prosent, selv om det er langt unna, ifølge forskerne. Men det er en annen kritisk fordel med denne tilnærmingen. Fordi prosessen til syvende og sist er drevet av varme, kan den fortsette å fungere selv når solen dukker seg bak skyene, noe som reduserer intermittensen som fortsatt er en av de kritiske ulempene med solenergi. Hvis enheten var kombinert med en termisk lagringsmekanisme som kunne fungere ved disse høye temperaturene, kunne den tilby kontinuerlig solenergi gjennom dagen og natten.
Perovskitt solceller
Perovskite solceller er billige, enkle å produsere og svært effektive til å absorbere lys. En tynn film av materialet, en klasse av hybride organiske og uorganiske forbindelser med en spesiell type krystallstruktur, kan fange opp like mye lys som et relativt tykt lag av silisiumet som brukes i standard solceller.
En av de kritiske utfordringene har imidlertid vært holdbarhet. Forbindelsene som faktisk absorberer solenergi har en tendens til å raskt brytes ned, spesielt under våte og varme forhold.
Men forskningsgrupper ved Stanford, Los Alamos National Laboratory og Swiss Federal Institute of Technology , blant andre institusjoner, har gjort betydelige fremskritt med å forbedre stabiliteten til perovskittsolceller i år, og publiserte bemerkelsesverdige artikler i Natur , Naturenergi , og Vitenskap .
'På begynnelsen av året var de bare ikke stabile i lange perioder,' sier Ian Sharp, en stabsforsker ved Lawrence Berkeley National Lab. «Men det har vært noen virkelig imponerende fremskritt i den forbindelse. I år har ting virkelig blitt alvorlig.
I mellomtiden har andre forskere lyktes med øke effektiviteten av perovskittsolceller og identifisere lovende nye veier for videre fremskritt.
Karbonlagring
Elektrisitetsproduksjon er ansvarlig for å produsere 30 prosent av landets karbondioksid, så å fange disse utslippene ved kilden er avgjørende for enhver reduksjonsplan. Dette året så fremskritt for flere nye tilnærminger for å fange karbon i kraftverk, inkludert karbonatbrenselceller, samt i det minste noen lovende implementeringer av eksisterende teknologi i den virkelige verden. (Selv om det sikkert har vært noen sterkt negative eksempler også.)
Men de fleste av disse tilnærmingene lar spørsmålet om hva du skal gjøre med tingene etter at det er vellykket fanget åpent. Og det er ikke et lite problem. Verden produserer nesten 40 milliarder tonn av karbondioksid årlig.
En metode virker imidlertid mer lovende enn først antatt: å begrave karbondioksid og gjøre det om til stein. Siden 2012 har Reykjavik Energy's CarbFix-prosjektet på Island har injisert karbondioksid og vann dypt under jorden, hvor de reagerer med de vulkanske basaltbergartene som er rikelig i regionen.
En analyse publisert i Vitenskap i juni fant at 95 prosent av karbondioksidet hadde mineralisert seg på mindre enn to år, mye raskere enn de hundretusener av årene mange hadde forventet. Så langt ser det heller ikke ut til å lekke ut klimagasser, noe som antyder at det kan være både billigere og sikrere enn eksisterende begravelsesmetoder.
Men ytterligere forskning vil være nødvendig for å se hvor godt det fungerer i andre områder, spesielt inkludert under havbunnen, sier utenforstående observatører.
Karbondioksid til etanol
Et annet lovende alternativ for fanget karbondioksid er i hovedsak å resirkulere det tilbake til brukbart drivstoff.
Tidligere i år snublet forskere ved det amerikanske energidepartementets Oak Ridge National Laboratory over en metode for å omdanne den til etanol, det flytende drivstoffet som allerede er brukt som tilsetning i bensin. Teamet utviklet en katalysator laget av karbon, kobber og nitrogen med en teksturert overflate, som konsentrerte de elektrokjemiske reaksjonene på tuppene av nano-pigger, ifølge en studie publisert i Kjemi Velg i oktober . Når spenning ble påført, konverterte enheten en løsning av karbondioksid til etanol med et høyt effektivitetsnivå. Materialene var også relativt billige og prosessen fungerte ved romtemperatur, begge kritiske fordeler for enhver fremtidig kommersialisering.
Vi tar karbondioksid, et avfallsprodukt fra forbrenning, og vi skyver den forbrenningsreaksjonen bakover, sa hovedforfatter Adam Rondinone i en nyhetsmelding .
I tillegg til å konvertere fanget karbondioksid, kan prosessen brukes til å lagre overflødig energi fra vind- og solenergiproduksjon.
Noen eksterne forskere er imidlertid skeptiske til de første resultatene og venter spent på å se om andre laboratorier kan bekrefte funnene.