A megújuló energia nagyszerű dolog, hiszen a Föld erőforrásait megkímélve tudjuk működtetni a digitális eszközeinket, az elektromos autókat, vagy egyszerűen az otthoni lámpákat. A szél-, és a napenergia a szkeptikusok kedvenc érvei ellenére megbízhatónak számítanak, ami problémát okoz, az az egyszerre termelt, nagy mennyiségű energia tárolása, erre ugyanis még nincsenek igazán eszközeink. Akadnak olyan kezdeményezések, mint a gravitációs erőmű, vagy az információ-akkumulátor, ezek azonban egyelőre még gyerekcipőben járnak.
A megújuló energia szűk keresztmetszetét az enerigatárolás jelenti (Fotó: Unsplash/Nicholas Doherty)
Most viszont az amerikai MIT és a National Renewable Energy Laboratory (NREL) mérnökei komoly eredményt értek el: olyan, úgynevezett hőerőgépet fejlesztettek, amely mozgó alkatrészek nélkül működik - írja a Science Daily. A demonstrációs célokra épített eszköz több mint 40 százalékos hatékonysággal képes a hőt elektromos árammá alakítani, ami már így is hatékonyabb, mint a hagyományos - például atomerőművekben is használt - gőzturbinák.
A hőerőgép lényege, hogy a hőenergiát mechanikai munkává képes alakítani. Ilyen a benzinmotor, illetve bármilyen belső égésű motor, de ezen az elven működnek a hűtőgépek, hőszivattyúk, nagy léptékben pedig a hőerőművek is.
Az amerikai mérnökök által kifejlesztett rendszer valójában egy úgynevezett termofotovoltaikus (TPV) cella, amelynek hasonlít a napelempanelek fotovoltaikus celláihoz. A TPV 1900-2400 Celsius fok közötti tartományban működik, ezt a hőt képes elektromos árammá alakítani - mozgó alkatrészek nélkül.
A fejlesztés a gyakorlatban olyan, úgynevezett hőakkumulátor létrehozását eredményezheti, amelyet az országos szintű elektromos hálózatra csatlakoztatva megoldható a megújuló forrásokból érkező többletenergia tárolása. Az energiát hő formájában tárolják - vastag szigeteléssel körülvett grafitkazetták segítségével - ha pedig a hálózati terhelés megnövekszik, a hőt a TPV-cellák segítségével pillanatok alatt elektromos árammá lehet alakítanil.
A TPV-cella az utolsó, kulcsfontosságú elem annak bizonyítására, hogy a hőakkumulátorok koncepciója működőképes. Ez egy kritikus lépés a megújuló energia elterjedése felé vezető úton, amelynek végeredménye egy teljesen dekarbonizált elektromos hálózat
- magyarázta Asegun Henry professzor, az MIT építőmérnöki karának munkatársa.
A világ áramtermelésének több mint 90 százaléka hőalapú, legyen szó szénről, földgázról, atomenergiáról vagy napenergiáról. A hő árammá alakításában eddig a gőzturbinák bizonyultak a leghatékonyabb módszernek. A gőzturbinák hatékonysága azonban nem a legjobb: átlagosan a betáplált hőnek mindössze 35 százalékát tudják hasznosítani, de a leghatékonyabb gőzturbina is csak 60 százalékot képes árammá alakítani. Ráadásul, mozgó alkatrészekre is szükség van, amelyek érzékenyek a magas hőmérsékletekre: 2000 Celsius fok felett már nem tudnának megfelelően működni.
A TPV-cella a napelemek fotovoltaikus celláihoz hasonlóan működik (Fotó: Unsplash/Jeroen van de Water)
A kutatók már évek óta keresték azokat a "szilárdtest"-alternatívákat, amelyek mozgó alkatrészek nélkül, akár magasabb hőmérsékleten is működőképesek, erre jelenthet választ a mostani felfedezés.
A szilárdtest-elven működő energiatárolók egyik nagy előnye, hogy óriási hőmérsékleten, rendkívül alacsony karbantartási költségekkel tudnak üzemelni, mivel nem tartalmaznak mozgó részeket
- tette hozzá Henry.
A jelenlegi TPV-cellák hatékonysága 20 százalék körül mozog, a rekordot eddig egy 32 százalék hatékonysággal működő eszköz jelentette. A mostani fejlesztésre épülő, demonstrációs célokat szolgáló eszköz hatékonysága meghaladja a 40 százalékot. Ez egy körülbelül egy négyzetcentiméteres cella, míg a hálózati alkalmazáshoz szűk 1000 négyzetméteres tárolóra lenne szükség - ez körülbelül egy focipálya negyedét jelenti.
A technológia további előnye a környezetkímélő működés, mivel zéróemissziós rendszerről van szó, amelynek a teljes életciklusa is fenntartható.