MIT sukūrė revoliucinę energijos kaupimo sistemą
Mes ge­riau­siai ži­no­me li­čio jo­nų ba­te­ri­jas, to­dėl at­ro­do, kad bū­tent jos bus pa­si­rink­tos, kau­piant elek­tros ener­gi­ją – kaip tai pa­da­rė „Tes­la“ pa­sta­čiu­si di­džiau­sią ba­te­ri­ją Aus­tra­li­jo­je. Ta­čiau li­tį iš­gau­ti yra ga­na su­nku, tad toks pa­si­rin­ki­mas nė­ra pats ge­riau­sias. MIT ty­rė­jai siū­lo nau­ją ener­gi­jos kau­pi­mo sis­te­mos di­zai­ną, ku­rį pa­va­di­no „sau­le dė­žė­je“ (angl. sun in a box).

Naujoji sistema, kurios pilnas mokslinis pavadinimas skamba taip: „Thermal Energy Grid Storage-Multi-Junction Photovoltaics“ arba tiesiog TEGS-MPV, remiasi išlydytų druskų baterijų pagrindu. Ši energijos kaupimo sistema yra panaši į tas, kurios yra naudojamos koncentruotos saulės energijos kaupimo sistemose. Tačiau yra keletas problemų su druska, kuri naudojama, kaip energijos kaupimo medžiaga – viena iš pagrindinių problemų, ypač kai sukaupiama šiluma, yra korozija.

„Priežastis kodėl ši technologija yra įdomi yra ta, kad kai jūs saulės šviesą paverčiate šiluma, jūs galite šią sukauptą šilumą saugoti gerokai pigiau nei sukauptą elektros energiją“, – teigia tyrimų vadovas Asegun’as Henry’s. „Ši technologija jau egzistuoja kuris laikas, tačiau manoma, kad dabartiniai jos kaštai niekada nebus pakankamai žemi, kad galėtų konkuruoti su gamtinėmis dujomis. Todėl yra reikalaujama, kad sistema veiktų gerokai aukštesnėje temperatūroje, taip padidinant pačios sistemos efektyvumą ir sumažinant jos kaštus.“

Druska gali sukaupti apie 538 laipsnius pagal Celsijų temperatūrą, tačiau vėliau jos keliamas žalingas poveikis yra pernelyg didelis. Tad MIT komanda ieškojo naujos medžiagos, kuri galėtų išlaikyti daugiau šilumos ir tuo pačiu padidintų pačios sistemos efektyvumą. Galiausiai jie apsistojo ties siliciu, kurio ištekliai yra gausūs ir jis gali įkaisti iki 2200 laipsnių temperatūros.

„Saulė dėžėje“ sistema ir jos veikimo principas

TEGS-MPV sistema būtų sudaryta iš dviejų tvirtai izoliuotų talpyklų, kurių kiekviena pagaminta iš grafito ir būtų maždaug 10 metrų pločio. Viena talpykla saugotų skystą silicį santykinai „vėsioje“ temperatūroje – 1900 laipsnių. Šildant, silicis būtų pumpuojamas iš šios talpyklos per vamzdžius, kuriuose yra šildymo elementai, o pastaruosius maitina išoriniai energijos šaltiniai. Tada įšilęs silicis patektų į antrąją talpyklą, kurioje būtų saugomas gerokai karštesnis silicis – 2400 laipsnių.

Norint pasinaudoti šia sukaupta energija, TEGS-MPV sistema elgsis gana įdomiai. Naudojant išlydytos druskos sistemas, šilumokaitis, norėdamas užvirinti vandenį, panaudoja šilumą ir pagamintas garas suka turbiną, kuri gamina elektrą. Tačiau šiuo TEGS-MPV sistemos atveju neapsiribojama tik šilumą, o nukreipiamas dėmesys į šviesą – pasirodo, kad taip įkaitęs silicis pradeda labai ryškiai šviesti. Tad baltas karštas skystis yra pumpuojamas per vamzdelius, kurie išskiria šviesą, o ją „pagauna“ specializuoti saulės elementai (angl. multijunction photovoltaics), kurie šią šviesą paverčia elektros energija. Vėl atvėsęs silicis pumpuojamas į pirmąją talpyklą ir ciklas prasideda iš naujo.

TEGS-MPV sistemos veikimo schema

MIT teigia, kad vienos tokios TEGS-MPV sistemos sukaupiamos energijos gali užtekti 100 000 namų. Idealu jei ši energija būtų gauta iš atsinaujinančių energijos šaltinių, pavyzdžiui, vėjo ar saulės energijos. Toks energetinės sistemos projektas gali būti įgyvendintas bet kokioje vietovėje ir būtų gerokai pigesnis. Skaičiuojama, kad TEGS-MPV sistemos kaštai būtų dvigubai mažesni nei hidroakumuliacinių elektrinių – kaip Lietuvoje esančios Kruonio HAE – kurios šiuo metu, energijos kaupimo požiūriu, laikomos pačiomis efektyviausiomis sistemomis.

„Tai geografiškai neapribota sistema ir pigesnė už HAE sistemas“, – sako Henry’s. „Teoriškai tai yra atsinaujinančių energijos šaltinių sistemos tęsinys ir su tokia sistema būtų galima valdyti visą energijos tinklą.“

Viena iš tokios sistemos galimų problemų, kurią jau numatė MIT tyrėjai, yra ta, kad išlydytas silicis gali reaguoti ir sugadinti grafito talpyklas, todėl testavimui mokslininkai sukūrė mini talpyklą. Kai ji buvo vienai valandai užpildyta iki 1980 laipsnių įkaitintų siliciu, mokslininkai pastebėjo, kad jis reaguoja su grafitu ir susidaro silicio karbidas. Tačiau užuot pradėjęs gadinti talpyklą, jis visą talpyklos paviršių padengė plonu apsauginiu sluoksniu.

Išsamiai su šio tyrimo rezultatais galite susipažinti moksliniame žurnale „Energy & Environmental Science“.