Οι ηλιακές κυψέλες με βάση το πυρίτιο έχουν κυριαρχήσει στην ηλιακή ενέργεια, καθώς το υλικό με το οποίο κατασκευάζονται θεωρείται το δεύτερο πιο άφθονο στον πλανήτη, μετά το οξυγόνο.
Ωστόσο, η απόδοσή τους ωχριά μπροστά σε εκείνη των φωτοβολταϊκών κεραμικών που ανέπτυξαν Ελβετοί ερευνητές τα τελευταία χρόνια.
Φωτοβολταϊκό κεραμικό: Ένα γιγαντιαίο βήμα προς ένα πιο πράσινο μέλλον
Παρόλο που τα ηλιακά κύτταρα με βάση το πυρίτιο αποτελούν εδώ και δεκαετίες μια εξαιρετική εναλλακτική λύση καθαρής ενέργειας, η απόκτηση αυτής της πηγής ενέργειας συνοδεύεται από πολλά σημαντικά εμπόδια που καθιστούν δύσκολη την πρόσβασή της για τα περισσότερα νοικοκυριά. Σύμφωνα με το Architectural Digest, το κόστος εγκατάστασης κυμαίνεται μεταξύ 17.430 και 23.870 δολαρίων.
Διάφοροι παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν την τιμή, συμπεριλαμβανομένων των ενεργειακών αναγκών του σπιτιού σας, της τοποθεσίας, της επιλογής των πάνελ, ακόμη και των ομοσπονδιακών φορολογικών κινήτρων. Ως εκ τούτου, οι ειδικοί του κλάδου συνεχίζουν να αναζητούν πιο αποτελεσματικούς, βιώσιμους και προσιτούς τρόπους για να αξιοποιήσουμε την ηλιακή ενέργεια στο μέγιστο δυναμικό της. Και αυτό ακριβώς έκαναν οι μηχανικοί του ETH Zurich, ενός δημόσιου ερευνητικού πανεπιστημίου στην Ελβετία,.
Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα φωτοβολταϊκό κεραμικό που μπορεί να μετατρέψει το ηλιακό φως σε ενέργεια 1000 φορές πιο αποτελεσματικά από τα παραδοσιακά ηλιακά πάνελ. Χρησιμοποιώντας τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης, δημιούργησαν ένα υλικό που θα μπορούσε να παρέχει διάφορες μορφές καθαρής ενέργειας.
Δεν σταματά στην παραγωγή ενέργειας
Το φωτοβολταϊκό κεραμικό που αναπτύχθηκε στο ETH της Ζυρίχης περιλαμβάνει μια δομή περοβσκίτη, η οποία είναι ένα μεταλλο-οργανικό πλαίσιο με δισδιάστατο δίκτυο. Καθώς το υλικό απορροφά το φυσικό φως και δημιουργεί ηλεκτρικό φορτίο, επιτρέπει τη διάσπαση των μορίων του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο.
Το υδρογόνο μπορεί στη συνέχεια να αποθηκευτεί ως φορέας ενέργειας. Επιπλέον, καθώς το κεραμικό παράγει ηλεκτρικό φορτίο, αποθηκεύει επίσης χημική ενέργεια, η οποία αποτελεί εξαιρετική εναλλακτική λύση για τα ορυκτά καύσιμα. Όσον αφορά την παραγωγή ενέργειας, το υλικό αποτελείται από δύο κύρια συστατικά: οξείδιο του αλουμινίου και νανοσωματίδια περοβσκίτη ή περοβσκίτες, τα οποία απορροφούν αποτελεσματικά το φως.
Ωστόσο, ενώ οι περοβσκίτες γενικά επαινούνται για την αποτελεσματικότητά τους στην απορρόφηση του φωτός, είναι ευαίσθητοι στη θερμότητα, την υγρασία και τη μηχανική καταπόνηση. Εδώ είναι που έρχεται το οξείδιο του αλουμινίου, καθώς οι περοβσκίτες είναι ενσωματωμένοι σε αυτή τη χημική ένωση, και ως εκ τούτου προστατεύονται από ανεπιθύμητες συνθήκες.
Όταν το φως προσπίπτει στους περοβσκίτες, το οξείδιο του αλουμινίου λειτουργεί ως δίοδος για τα ηλεκτρόνια που παράγονται από αυτά τα νανοσωματίδια προς την επιφάνεια του κεραμικού, παράγοντας έτσι ηλεκτρικό ρεύμα. Η δομή αυτού του πρωτοποριακού κεραμικού το καθιστά βιώσιμο για οικιακή κατανάλωση.
Συνθετικά καύσιμα και τρισδιάστατη εκτύπωση τελευταίας τεχνολογίας για την απορρόφηση περισσότερης ηλιακής ενέργειας
Ενώ οι επιστήμονες του ETH Ζυρίχης μας έχουν πάει ένα βήμα παραπέρα στην παγκόσμια ενεργειακή μετάβαση με τα φωτοβολταϊκά κεραμικά, εργάζονται σκληρά, αναπτύσσοντας περισσότερη τεχνολογία για την αξιοποίηση των φυσικών πόρων και την παραγωγή υγρών καυσίμων από το φως του ήλιου και τον αέρα. Κατέδειξαν τη διαδικασία εκθέτοντας έναν ηλιακό αντιδραστήρα σε συγκεντρωμένο ηλιακό φως από ένα παραβολικό κάτοπτρο.
Αυτή η εφεύρεση θα μπορούσε να φτάσει μέχρι και τους 1500 βαθμούς Κελσίου (2732 βαθμούς Φαρενάιτ). Αυτό πυροδότησε μια θερμοχημική αντίδραση που διέσπασε το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα που συλλέχθηκε από τον αέρα. Η προκύπτουσα ένωση ήταν το syngas (ή αέριο σύνθεσης), το οποίο μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή υγρών καυσίμων, όπως η κηροζίνη για την αεροπορία.
Αυτές είναι οι μέθοδοι που ανέπτυξαν οι επιστήμονες για την αξιοποίηση του ηλιακού φωτός, αλλά βρήκαν επίσης έναν τρόπο να βελτιώσουν τη διαχείριση αυτής της πηγής ενέργειας. Το έκαναν αυτό μέσω ενός νέου τύπου τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης. Οι ηλιακοί αντιδραστήρες είναι γνωστό ότι έχουν πορώδεις δομές στο εσωτερικό τους, οι οποίες είναι υπεύθυνες για την απορρόφηση του ηλιακού φωτός.
Οι επιστήμονες του ETH Zurich ανέπτυξαν έναν νέο τρόπο δημιουργίας πορώδων κεραμικών δομών που θα μπορούσαν να αξιοποιήσουν και να συγκρατήσουν καλύτερα την ηλιακή ακτινοβολία, επιτρέποντας στους αντιδραστήρες θερμοκρασίες έως και 1500 βαθμούς Κελσίου (2732 βαθμούς Φαρενάιτ), γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε διπλασιασμό της παραγωγής καυσίμων σε σύγκριση με τους ηλιακούς συλλέκτες.
Η πρόοδος που σημειώνουν αυτοί οι ερευνητές είναι εξωφρενικά αξιέπαινη και υποδηλώνει ένα πολλά υποσχόμενο μέλλον για πιο υγιεινή και μηδενική κατανάλωση ενέργειας. Εν ευθέτω χρόνω, με τα φωτοβολταϊκά κεραμικά, θα μπορούσαμε να δούμε ακόμη και την ανέγερση ενεργειακά θετικών κτιρίων.
