Nowy materiał bije konkurencję na głowę
Na Uniwersytecie Kraju Basków opracowano niezwykły materiał zdolny do pochłaniania niemal całego docierającego do niego światła. Jego sekret tkwi w mikroskopijnych strukturach przypominających igły, które tworzą powierzchnię niemal doskonale pochłaniającą promieniowanie. Pełna nazwa brzmi skomplikowanie: nanoigły z kobaltanu miedzi pokryte tlenkiem cynku domieszkowanym aluminium . Ale zasada działania jest zaskakująco nieskomplikowana.
Materiały obecnie używane w wieżach słonecznych absorbują 95% światła i to dużo; jednak nanoigły z kobaltanu miedzi absorbują 99% światła, a te pokryte tlenkiem cynku jeszcze więcej, 99,5% – tłumaczy Iñigo González de Arrieta z Uniwersytetu Kraju Basków
Czytaj też: Bateria termiczna i pompa ciepła w jednym systemie. Naukowcy z Ontario pokazują przyszłość ogrzewania
Największą zaletą tamtejszego wynalazku jest jego odporność na ekstremalne warunki. Gdzie tradycyjne rozwiązania zawodzą, nowy materiał zachowuje swoje właściwości nawet przy wysokich temperaturach i wilgotności. Dla systemów skoncentrowanej energii słonecznej pracujących w temperaturach sięgających setek stopni Celsjusza to niezwykle ważna cecha.
Dlaczego dotychczasowe rozwiązania nie wystarczają?
Przez lata za najlepsze ultraczarne materiały uchodziły nanorurki węglowe, które rzeczywiście absorbują około 99% światła. Niestety, w praktyce okazują się mało praktyczne, ponieważ w wysokich temperaturach tracą swoje właściwości, a w wilgotnym środowisku szybko ulegają degradacji. To poważny problem dla elektrowni słonecznych zlokalizowanych na pustyniach, gdzie panują właśnie takie warunki. Obecnie stosowany w wieżach słonecznych czarny krzem radzi sobie lepiej z ekstremalnymi warunkami, lecz jego absorpcja wynosi około 95%. Choć różnica 4-5 punktów procentowych może wydawać się niewielka, w skali przemysłowej przekłada się na ogromne straty energii. Nowe rozwiązanie łączy w sobie wysoką absorpcję nanorurek węglowych z termiczną stabilnością czarnego krzemu.
Jesteśmy na etapie badania ultraczarnych materiałów do wykorzystania w wieżach słonecznych. Im skuteczniejsze materiały absorbujące uda nam się uzyskać, tym bardziej konkurencyjne będą systemy – dodaje de Arrieta
Skoncentrowana energia słoneczna działa na innej zasadzie niż popularne panele fotowoltaiczne. Zamiast bezpośrednio przekształcać światło w prąd, takie wieże wykorzystują lustra do nagrzewania specjalnych soli, które magazynują ciepło przez wiele godzin. To rozwiązuje podstawowy problem energii słonecznej, gdyż staje się ona dostępna w nocy i podczas pochmurnych dni.
Ciepło słoneczne jest wykorzystywane przede wszystkim do topienia specjalnych soli. Stopiona sól bardzo dobrze zatrzymuje ciepło, a następnie znacznie łatwiej jest ponownie wprowadzić tę energię cieplną do sieci energetycznej – tłumaczy główny autor nowych badań
W Hiszpanii zaledwie 5% energii pochodzi z wież słonecznych, zlokalizowanych głównie w słonecznej Andaluzji. Technologia CSP historycznie była droższa od fotowoltaiki, ale to się zmienia. Amerykański Departament Energii w ramach inicjatywy SunShot postawił sobie ambitny cel – obniżyć koszt energii z systemów CSP do 0,05 dolara za kilowatogodzinę do 2030 roku.
Co dalej z ultraczarnymi materiałami?
Naukowcy nie zamierzają poprzestać na dotychczasowych osiągnięciach. Kolejnym etapem badań może być pokrywanie nanoigieł azotkiem tytanu, materiałem o lepszej przewodności cieplnej. Teoretycznie mogłoby to jeszcze bardziej zwiększyć absorpcję, choć każdy kolejny punkt procentowy jest coraz trudniejszy do osiągnięcia. Badania na ten temat zostały opublikowane w Solar Energy Materials and Solar Cells. Materiał wykazuje odbiciowość poniżej 1% w zakresie od ultrafioletu do bliskiej podczerwieni, co obejmuje większość energii słonecznej docierającej do Ziemi.
Czytaj też: Tekstylia jak piłka golfowa. Nowatorska konstrukcja oszukuje prawa natury
Odkrycie baskijskich naukowców może przyspieszyć rozwój elektrowni słonecznych na całym świecie, szczególnie w regionach o wysokim nasłonecznieniu. Dla krajów takich jak Hiszpania, Maroko czy Chile, które stawiają na energię słoneczną, nowe materiały mogą oznaczać różnicę między rentownością a stratą. Ultraczarne nanoigły to kolejny krok w kierunku przyszłości, w której energia odnawialna nie tylko dorównuje, lecz przewyższa tradycyjne źródła energii.