Der er mere end nok solenergi til at opfylde energibehovet - problemet er at lagre det

På mindre end otte timer, nok sollys rammer Jorden til at dække alle menneskehedens energibehov i et år.

Ifølge forskning offentliggjort af International Energy Agency, verden brugte 18,3 terawatt år (TWy) energi i 2014. Det tager kun otte timers sollys at kunne producere 21 TWy solenergi. Og omkostningerne ved at producere det er faldet dramatisk i de sidste par år.

Så hvorfor bruger vi det ikke til at drive hele planeten?

Hovedproblemet er opbevaring. Solen skinner ikke om natten, så energien skal gemmes, indtil folk skal bruge den.

Da omkostningerne ved at producere energien er faldet-en undersøgelse fra Lawrence Berkeley National Lab fra 2016 viste, at omkostningerne til solprojekter i USA var faldet med to tredjedele siden 2009-er efterspørgslen steget. Som et svar, forsyningsselskaber har installeret to og en halv gange mere solteknologi end private og kommercielle forbrugere tilsammen.

Vores nuværende opbevaringsmuligheder kan ikke følge med.

Utility-skala solsystemer kræver stor opbevaring. I Australien, Tesla installerede for nylig et massivt litiumionbatteri til at lagre vedvarende energi, men lithium er ikke en ubegrænset ressource, og batterier er ikke ideelle til alle situationer - mange albanere ved, at litiumionbatterierne i deres telefoner ikke kan lide kulden. Hvis vi planlægger at flytte hele verden til kilder som sol og andre vedvarende energikilder, vi har brug for flere måder at gemme strømmen på.

Da forskningsinitiativet University of Alberta Future Energy Systems på 75 millioner dollars blev lanceret i slutningen af ​​2016, håndtering af dette problem var en stor prioritet.

Blandt de forskere, der modtager finansiering fra initiativet, er kemikeren Steve Bergens. Han arbejder på et alternativ i nytteværdi, der vil drage fordel af eksisterende infrastruktur og spare kemiske batterier til mindre anvendelser.

"Kuldioxid og vand er overalt, "forklarede han." Vi kan kombinere dem med sollys og gemme solenergi som brændstof. "

Lagring af solenergi i syntetiske brændstoffer

"Brændstoffer forekommer naturligt, så nogle mennesker tænker måske ikke på dem som en lagringsteknologi, "Forklarede Bergens." Men ligesom batterier, brændstoffer lader os transportere lagret energi, hvor vi har brug for det, og få adgang til det, når vi vil. "

Dagens mest almindelige brændstoffer er kulbrinter som naturgas. Når disse kulbrinter brændes, kulstoffet frigives til atmosfæren som drivhusgassen CO2. For at undgå CO2, vi kunne tilpasse hele vores energisystem til at forbrænde rent brint, men Bergens mener, at forslaget ikke er realistisk på kort sigt.

"Vi har brugt årtier og mange penge på at bygge et system, der fungerer med kulbrinter, så det er ikke rimeligt at forvente, at alt ændrer sig på én gang, "sagde han." Men hvad nu hvis i stedet for at frigive kuldioxid til atmosfæren, fanger vi og kombinerer det med vand og solenergi for at lave genanvendelige kulbrintebrændstoffer? "

Bergens skitserer den kemiske proces på sit tavle på kontoret:"Når det brændes, naturgas og ilt fra luft danner vand, kuldioxid og energi. "

Teoretisk set denne proces kunne vendes:sollys kunne påføres vand og kuldioxid, skabe syntetisk naturgas med ren ilt som et biprodukt. Når det brændstof er forbrændt, kuldioxiden ville aldrig skulle frigives - bare fanges og genbruges for at lave mere syntetisk brændstof.

Formlerne tjekker ud, men få ting er så lette som de ser ud på en tavle.

Bygger overkommelige molekyler

Mona Amiri er en postdoktor, der arbejder sammen med teamet i Bergens 'laboratorium for at udvikle katalysatorer, der kan få tavlereaktionen til at ske i virkeligheden.

Bygger på atomniveau og modulært, hun og eleverne Chao Wang og Octavio Perez skaber enkeltmolekyler, der hver udfører en individuel funktion i den samlede proces. Disse molekyler kan optimeres og studeres separat, derefter let samles som byggesten-eller endda selvmonteres-for at fungere som en enkelt enhed.

Denne tilgang gør det muligt for teamet hurtigt at identificere svage pletter, skifte individuelle komponenter og i sidste ende reducere ingeniøromkostninger ved at udføre hele processen i en enhed. Men det giver kun mening, hvis katalysatorerne og komponenterne er overkommelige.

"De fleste af de katalysatorer, vi kender til, der kan opnå dette, er baseret på dyre metaller som platin og iridium, "Påpegede Amiri." Vi bruger dem i øjeblikket til at validere principperne, men vi er nødt til at finde flere rigelige alternativer til udbredt adoption. "

Med det i tankerne, Amiri og teamet udvikler nye katalysatorer baseret på fælles elementer som jern. Indtil videre viser disse mere almindelige molekyler sig ikke som effektive eller langvarige, men hun er overbevist om, at de kan forfines til nyttige alternativer.

"Det bliver nødvendigt at blande effektiviteten, levetid, overkommelighed og tilgængelighed, " hun sagde.

Når hun og Bergens 'team finder den rigtige balance, den resulterende teknologi kunne være en afgørende springbræt.

En overgangsteknologi

Med de rigtige katalysatorer, naturgasanlæg rundt om i verden kunne få bygget solbrændselsanlæg ved siden af ​​dem, fange deres CO2 og reagere det med vand og sollys. Resultatet kan være et helt lukket kulstofsystem, hvor planterne genererer strøm gennem forbrænding, men CO2 frigives aldrig til atmosfæren.

"Det kommer ikke til at ske i morgen, "Sagde Bergens." Men på mellemlang sigt, det kunne købe os tid til at udrulle nye brændstoffer, der bruger noget andet end kulstof. "

Bergens har nogle ideer om, hvordan det nye brændstof kan se ud. Han tegner et molekyle på sit tavle, der binder brint med et andet fælles element, og ville ikke udsende andet end vand ved forbrænding - men så sletter han det hurtigt.

"Det er længere ude i fremtiden, "sagde han med et smil." Men det virker på tavlen. "