SciTechDaily

ניקולס

סטנפורד חושפת טכנולוגיית דלק נוזלי משנה משחק לאחסון אנרגיה ברשת

קליפורניה זקוקה לטכנולוגיות חדשות לאחסון חשמל כאשר היא עוברת לדלקים מתחדשים עקב תנודות באנרגיה סולארית ורוח. צוות סטנפורד, בראשותו של רוברט וויימאות', מפתח שיטה לאגירת אנרגיה בדלקים נוזליים באמצעות נושאי מימן אורגני נוזלי (LOHC), תוך התמקדות בהמרה ואגירת אנרגיה באיזופרופנול מבלי לייצר גז מימן. (קונספט האמן.) קרדיט: twoday.co.il.com

מדעני סטנפורד משפרים את שיטות האחסון של דלק נוזלי על ידי פיתוח מערכות קטליטיות חדשות לייצור איזופרופנול כדי לייעל את שימור ושחרור האנרגיה.

בעוד קליפורניה עוברת במהירות לדלקים מתחדשים, היא זקוקה לטכנולוגיות חדשות שיכולות לאחסן חשמל לרשת החשמל. האנרגיה הסולארית יורדת בלילה ויורדת בחורף. כוח הרוח שוקע ויורד. כתוצאה מכך, המדינה תלויה במידה רבה בגז טבעי כדי להחליק את השיאים והשפל של חשמל מתחדש.

"הרשת החשמלית משתמשת באנרגיה באותו קצב שאתה מייצר אותה, ואם אתה לא משתמש בה באותו זמן, ואתה לא יכול לאחסן אותה, אתה חייב לזרוק אותה", אמר רוברט וויימאות', רוברט אקלס סוויין פרופסור לכימיה בבית הספר למדעי הרוח והמדעים.

Waymouth מובילה צוות סטנפורד לחקור טכנולוגיה מתפתחת לאחסון אנרגיה מתחדשת: נושאי מימן אורגני נוזלי (LOHC). מימן כבר משמש כדלק או כאמצעי לייצור חשמל, אבל הבלימה והובלה שלו היא מסובכת.

"אנחנו מפתחים אסטרטגיה חדשה להמרה סלקטיבית ואחסון לטווח ארוך של אנרגיה חשמלית בדלקים נוזליים", אמר Waymouth, מחבר בכיר של מחקר המפרט את העבודה הזו ב- כתב העת של האגודה האמריקנית לכימיה. "גילינו גם מערכת קטליטית סלקטיבית חדשה לאגירת אנרגיה חשמלית בדלק נוזלי מבלי לייצר מימן גזי".

סוללות נוזליות

סוללות המשמשות לאחסון חשמל עבור הרשת – בתוספת סוללות לסמארטפונים ולרכב חשמלי – משתמשות בטכנולוגיות ליתיום-יון. בשל היקף אגירת האנרגיה, החוקרים ממשיכים לחפש מערכות שיכולות להשלים את הטכנולוגיות הללו.

בין המועמדים נמצאים LOHCs, שיכולים לאגור ולשחרר מימן באמצעות זרזים וטמפרטורות גבוהות. מתישהו, LOHCs יכולים לתפקד באופן נרחב כ"סוללות נוזליות", לאגור אנרגיה ולהחזיר אותה ביעילות כדלק או חשמל שמיש בעת הצורך.

צוות Waymouth חוקר איזופרופנול ואצטון כמרכיבים במערכות אחסון ושחרור אנרגיית מימן. איזופרופנול – או אלכוהול לשפשוף – הוא צורה נוזלית בצפיפות גבוהה של מימן שניתן לאחסן או להעביר דרך תשתית קיימת עד שהגיע הזמן להשתמש בו כדלק בתא דלק או לשחרר את המימן לשימוש ללא פליטת פחמן דו חמצני.

עם זאת, שיטות לייצור איזופרופנול באמצעות חשמל אינן יעילות. ניתן להמיר שני פרוטונים ממים ושני אלקטרונים לגז מימן, ואז זרז יכול לייצר איזופרופנול מהמימן הזה. "אבל אתה לא רוצה גז מימן בתהליך הזה," אמר Waymouth. "צפיפות האנרגיה שלו ליחידת נפח נמוכה. אנחנו צריכים דרך לייצר איזופרופנול ישירות מפרוטונים ואלקטרונים מבלי לייצר גז מימן".

דניאל מארון, המחבר הראשי של מחקר זה, שסיים לאחרונה את הדוקטורט שלו בסטנפורד בכימיה, זיהה כיצד לטפל בבעיה זו. הוא פיתח מערכת זרז לשילוב שני פרוטונים ושני אלקטרונים עם אצטון כדי ליצור איזופרופנול LOHC באופן סלקטיבי, מבלי ליצור גז מימן. הוא עשה זאת באמצעות אירידיום כזרז.

הפתעה מרכזית הייתה שקובלטוקן היה תוסף הקסם. קובלטוקן, תרכובת כימית של קובלט, מתכת לא יקרה, שימשה זה מכבר כחומר מפחית פשוט והוא זול יחסית. החוקרים מצאו שקובלטוקן יעיל בצורה יוצאת דופן כאשר הוא משמש כזרז משותף בתגובה זו, ומעביר ישירות פרוטונים ואלקטרונים לזרז האירידיום במקום לשחרר גז מימן, כפי שהיה צפוי בעבר.

עתיד מהותי

קובלט הוא כבר חומר נפוץ בסוללות ובעל ביקוש גבוה, ולכן צוות סטנפורד מקווה שההבנה החדשה שלהם לגבי תכונות הקובלטוקן תוכל לעזור למדענים לפתח זרזים אחרים לתהליך זה. לדוגמה, החוקרים בוחנים זרזי מתכת אדמה לא יקרים בשפע, כגון ברזל, כדי להפוך מערכות LOHC עתידיות לזולות יותר וניתנות להרחבה.

"זהו מדע בסיסי בסיסי, אבל אנחנו חושבים שיש לנו אסטרטגיה חדשה לאגירה סלקטיבית יותר של אנרגיה חשמלית בדלקים נוזליים", אמר Waymouth.

ככל שעבודה זו מתפתחת, התקווה היא שמערכות LOHC יכולות לשפר את אחסון האנרגיה עבור מגזרי תעשייה ואנרגיה או עבור חוות סולאריות או רוח בודדות.

ולמרות כל העבודה המסובכת והמאתגרת מאחורי הקלעים, התהליך, כפי שסיכם Waymouth, הוא למעשה די אלגנטי: "כשיש לך עודף אנרגיה, ואין לה ביקוש ברשת, אתה מאחסן אותה כאיזופרפנול. כאשר אתה צריך את האנרגיה, אתה יכול להחזיר אותה כחשמל".

מחברים נוספים בסטנפורד הם קונור גאלווין, דוקטורט '23, וסטודנטית לדוקטורט ג'וליה דרסל. Waymouth הוא גם חבר בסטנפורד ביו-X ובמכון לסרטן בסטנפורד, עמית סגל של Sarafan ChEM-H, ושלוחה של מכון סטנפורד וודס לאיכות הסביבה.

עבודה זו מומנה על ידי הקרן הלאומית למדע.

ניקולס