供暖設備新概念,瑞典液態燃料可儲存太陽熱能 18 年

發佈日期: 2018 年 11 月 07 日 12:36 | 作者: | 分類: 產業資訊

太陽能為近年來炙手可熱的再生能源技術,除了能用太陽光電技術來發電,也可以採取聚光式太陽能來儲熱,而現在瑞典查爾摩斯工學院科學家研發出新型太陽能燃料,運用特殊液體儲存太陽熱能,保存時間甚至可長達 18 年,若研發有成將有助於完善離網地區的供暖系統。

這個概念聽起來非常像是某種天方夜譚,但該研究可說是一種光蓄熱技術,以化學鍵來儲存太陽能或其他能源,最後再釋放出熱能,可長期且穩定的儲存太陽能。

團隊稱該燃料為光蓄熱分子技術(Molecular Solar Thermal Energy Storage)。圖片來源:查爾摩斯工學院

瑞典查爾摩斯工學院研究指出,紫外光會讓特殊燃料中的分子進入激發態,讓燃料中的碳、氫與氮原子鍵重新排列,從化合物降冰片二烯(norbornadiene)轉變成四環庚烷(quadricyclane),且由於化學鍵結構相當穩定,查爾摩斯工學院奈米材料化學教授 Kasper Moth-Poulsen 指出,這種同分異構物能量儲存時間可長達 18 年。

該燃料也可以行可逆反應,Moth-Poulsen 指出,只要添入鈷催化劑,四環庚烷就可以再變回降冰片二烯,燃料不僅可重複使用,轉變過程也會釋放出大量熱量,將燃料溫度提高 63 度。

假如在常溫下轉換燃料化學結構,溫度會從 21°C 上升到 84°C,可應用在家用供暖、熱水器或是烘乾機。統計資料也顯示,在歐盟能源消耗中,烹飪、殺菌、蒸餾或其他商用低溫加熱需求就占 7%,若採用該技術可節省部分能源成本。

新型光蓄熱燃料的穩定性也相當高,Moth-Poulsen 表示,燃料性能在 125 次轉換週期後也沒有下降,研究計算更指出,燃料每公斤能儲存 250Wh 能量,大概是特斯拉 Powerwall 電池的兩倍。

只不過該技術進步空間還很大,除了提高燃料儲存時間與能量密度之餘,團隊也希望能提升燃料的轉換效率,不然目前燃料轉換效率著實不高,只有對紫外線與波長較短的藍光起反應,這些僅占總光譜的 5% 而已。

因此團隊正努力提升燃料的光敏性,Moth-Poulsen 表示,未來也想要透過調整化學結構、讓溫度升幅提高到 80 度,並指出雖然該技術潛力龐大,但仍需要一段時間來發展。

2010 年麻省理工也開發出類似技術,可說是該領域的鼻祖,Jeffrey Grossman 教授致力於研發光蓄熱電池與尋找可反復循環使用的材料,之後也透過含有偶氮苯與碳奈米管的化合物打造出太陽能燃料,其理論體積能量密度為傳統材料的 3 萬倍以上、高達每升 690Wh,溫度更可突破 347℃ 。他認為該技術跟太陽能電池一樣,只不過是將太陽能轉換成熱量並儲存起來而已。

若這些技術將來成功踏出實驗室,未來人們隨時隨地都可以利用太陽能燃料來收集熱量,享有零碳、免插電的烹飪與供暖系統,相當適合用於離網偏鄉地區。

(首圖來源:Pixabay。文/DaisyChuang)

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