系統示意圖 / Source: Chalmers University of Technolog

瑞典查爾姆斯理工大學(Chalmers University of Technology)的研究團隊在能源開發上,取得了重要進展。他們開發出一種特殊設計的分子,可以儲存太陽能供日後使用。這項技術已經在今年發表了四篇論文,最新的一篇發表於頗受推崇的《能源與環境科學》期刊(Energy & Environmental Science)。

大約一年前,研究團隊開發出一種能儲存太陽能的分子,這種分子由碳、氫和氮組成,其具有獨特的性質,當被陽光照射時,會轉化為同分異構物(isomer,一種由相同原子組成,但以不同方式結合在一起的分子)而儲存能量。這種異構物能讓能量留待未來使用,例如在夜晚或冬天。

突飛猛進

這種分子在常溫下為液態,適用於目前集熱式的太陽能系統,研究人員將其命名為「分子太陽能熱能儲存」(Molecular Solar Thermal Energy Storage,MOST)。去年,研究團隊在 MOST 的開發方面取得了很大進展。

該研究團隊開發了可控制儲存能量釋放的催化劑。以催化劑充當過濾器,當液體流經過濾器,產生足以使液體升溫 63℃ 的反應。同時,分子恢復到原始形態,這樣就能在系統中重複使用。

研究人員還改進了分子的設計,提高其儲存能力,使同分異構物能儲存能量長達 18 年。這項改進達成了該計畫的目標,儲存化學能源。

此外,該系統以前的液體含有易燃化合物甲苯。但現在研究人員已經找到了去除甲苯的方法,以增加安全性。

實際應用

整體而言,這些進展意味著 MOST 系統現在可以循環運作。首先,液體從建築物屋頂上的太陽能集熱器吸收太陽能,然後儲存在室溫下,讓能量損失降至最低。當需要能量時,將液體流過催化劑提取能量並加熱。這些熱能可被用於家用加熱系統,然後液體再被送回屋頂繼續收集能量。這些過程完全沒有排放溫室氣體,也不會損壞分子。

研究團隊的負責人開士柏·摩夫-波森博士(Kasper Moth-Poulsen)表示:「我們最近取得了許多重大進展,現在我們有了一個全年都能使用且無排放的能源系統。不過還有很多工作要做,我們才剛讓系統運轉起來,接著我們需要確保一切都經過最佳化設計。」

研究團隊對目前的儲能能力感到滿意,但認為還可以收集更多能源。研究團隊希望不久後可實現升溫 110℃ 以上,並認為該技術可在 10 年內投入商業使用。

 

參考資料:

  1. Emissions-free energy system saves heat from the summer sun for winter. (2018, October 3). Retrieved November 8, 2018.
  2. Dreos, A., Wang, Z., Udmark, J., Ström, A., Erhart, P., Börjesson, K., . . . Moth-Poulsen, K. (2018). Liquid Norbornadiene Photoswitches for Solar Energy Storage. Advanced Energy Materials,8(18), 1703401. doi:10.1002/aenm.201703401
  3. Mansø, M., Petersen, A. U., Wang, Z., Erhart, P., Nielsen, M. B., & Moth-Poulsen, K. (2018). Molecular solar thermal energy storage in photoswitch oligomers increases energy densities and storage times. Nature Communications,9(1). doi:10.1038/s41467-018-04230-8
  4. Jevric, M., Petersen, A. U., Mansø, M., Kumar Singh, S., Wang, Z., Dreos, A., . . . Moth-Poulsen, K. (2018). Cover Feature: Norbornadiene-Based Photoswitches with Exceptional Combination of Solar Spectrum Match and Long-Term Energy Storage (Chem. Eur. J. 49/2018). Chemistry – A European Journal,24(49), 12735-12735. doi:10.1002/chem.201804035
  5. Wang, Z., Roffey, A., Losantos, R., Lennartson, A., Jevric, M., Petersen, A. U., . . . Moth-Poulsen, K. (2018). Macroscopic heat release in a molecular solar thermal energy storage system. Energy & Environmental Science. doi:10.1039/c8ee01011k
  6. 研究團隊網站

 

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