Még zöldebb energia: A termikus energia tárolásának forradalmi újítása

Az akkumulátorok jelenleg a globális energiatárolás sarokkövei, de messze nem tökéletesek. Ritka ásványokból készülnek, amelyek kitermelése gyakran fenntarthatatlan bányászati gyakorlatokkal jár, és az életciklusok végétől, hulladékként már káros vegyi anyagokat bocsáthatnak ki. Mivel az élettartamuk korlátozott, hosszú távon nagyon súlyos környezeti terheket rónak a bolygóra. Ezekre a problémákra kínálhat megoldást a termikus energia tárolásának (TES) technológiája, amely az elektromos energiát hővé, majd később ismét villamos energiává alakítja.

A TES rendszerek olcsó anyagokkal működnek, az élettartamuk jelentősen meghaladja az akkumulátorokét, és könnyebben méretezhetők nagy energiahálózatok számára – állítja a Rice Egyetem tanulmánya. A kutatók kifejlesztettek egy hatékony hőkibocsátó eszközt, ami a TES rendszerek kulcselemét jelentheti. A termikus emittáló hőt nyel el, majd elektromágneses sugárzássá alakítja, amit aztán fotovoltaikus (PV) cellák villamos energiává alakítanak. Az innováció jelentős lépés lehet a megújuló energiaforrások hatékonyabb hasznosításában.

Így működik termikus energiát hasznosító eszköz

A hőemittálókat általában termofotovoltaikus (TPV) rendszerekben alkalmazzák, amelyek hőt alakítanak át fény-, majd villamos energiává. A kutatók szerint a TPV rendszerek fő akadálya eddig a folyamat során keletkező energiaveszteség volt. „A hagyományos kialakítások vagy alacsony teljesítményűek, vagy túl bonyolultak a gyakorlati alkalmazáshoz” – magyarázta Gururaj Naik, a tanulmány egyik kutatója.

A Rice Egyetem áttörése egy újfajta hőemittáló, amit volfrámból készült fémlemezre helyezett szilícium nanohengerekből állítottak elő. A rendszer hő hatására fotonokat bocsát ki, amelyeket a nanohengerek „rezonátorokként” hasznosítanak, hogy meghatározott hullámhosszú energiát válasszanak ki és emittáljanak. Ez az úgynevezett „szelektív emisszió” a kvantumfizikai jelenségek kihasználásával valósul meg, lehetővé téve, hogy a legalkalmasabb fotonokat irányítsák a fotovoltaikus cellákhoz. Ennek eredményeként az átalakítási folyamat hatékonysága nagyot nő.

A hőemittáló jelenleg 60 százalékos hatékonyságot mutat, és a kutatók szerint új anyagokkal ez még tovább javítható. „Már 2–5 százalékos hatékonyságnövekedés is jelentős előrelépést jelentene az olyan küldetések számára, amelyek szélsőséges környezetben igényelnek hatékony energiaellátást” – mondta Naik.

Gábor János, NEW technology