Αποθήκευση ηλιακής ενέργειας σε θερμό πυρίτιο και αλάτι...
Με τη μαζική ανάπτυξη της ηλιακής και της αιολικής ενέργειας παγκοσμίως για την κάλυψη των αυξανόμενων αναγκών για ηλεκτρική ενέργεια η πρόοδος και η περαιτέρω διείσδυση τεχνολογιών αποθήκευσης, έτσι ώστε η ενέργεια να είναι ακόμα διαθέσιμη όταν ο ήλιος δεν λάμπει ή ο άνεμος δεν φυσάει, είναι μονόδρομος.
Μία ερευνητική ομάδα από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασσαχουσέτης (ΜΙΤ) και το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Γεωργίας των ΗΠΑ αναπτύσσει μία νέα μέθοδο αποθήκευσης ενέργειας εμπνευσμένη από την τεχνολογία συγκεντρωμένης ηλιακής ενέργειας (CSP). Στην τεχνολογία CSP μεγάλες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούν καθρέπτες και οπτικά συστήματα, συλλέγουν την ηλιακή ενέργεια και την μετατρέπουν σε θερμότητα η οποία αποθηκεύεται σε λιωμένο αλάτι σε θερμοκρασίες της τάξης των 550°C. Το θερμό αλάτι μπορεί στη συνέχεια να αντληθεί μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας, να μετατραπεί σε ατμό και να χρησιμοποιηθεί για τη λειτουργία ενός ατμοστρόβιλου. Τα CSPs είναι μια καθιερωμένη τεχνολογία, αλλά και σχετικά ακριβή για την αποθήκευση της ηλιακής ενέργειας. Τα συστήματα που αποθηκεύουν ενέργεια ως θερμότητα και μετατρέπουν την ενέργεια σε ηλεκτρική αντιμετωπίζουν το θεμελιώδες εμπόδιο ότι η μετατροπή της θερμότητας πίσω στην ηλεκτρική ενέργεια μέσω ατμοστροβίλων έχει χαμηλό βαθμό απόδοσης.
Για να καταστήσει την αποθήκευση θερμότητας οικονομικότερη η ομάδα εξέτασε μια εντελώς διαφορετική λύση. Το προτεινόμενο σύστημα λειτουργεί όχι με λιωμένο αλάτι αλλά με λιωμένο πυρίτιο το οποίο μπορεί να αποθηκευτεί σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες της τάξης των 2400°C και το οποίο είναι επίσης και φθηνό και ανεξάντλητο. Χρησιμοποιεί δε μια διαφορετική μέθοδο για να μετατρέψει τη συλλεγμένη ηλιακή ενέργεια σε αποθηκευμένη θερμότητα και μια διαφορετική μέθοδο για να μετατρέψει εκ νέου την αποθηκευμένη θερμότητα πίσω στην ηλεκτρική ενέργεια.
Το λιωμένο πυρίτιο σε μια «ψυχρή» δεξαμενή πλάτους 10 μέτρων - μια δεξαμενή γραφίτη διατηρούμενη στους 1900°C - αντλείται μέσω μιας σειράς σωλήνων που διέρχονται από θερμαντήρες βολφραμίου ή γραφίτη. Αυτά τα θερμαντικά σώματα αντλούν ηλεκτρισμό από φωτοβολταϊκά πάνελ. Η διέλευση μέσω των σωλήνων αυξάνει τη θερμοκρασία του πυριτίου στους 2400°C. Το υλικό αυτό αποθηκεύεται σε μια άλλη δεξαμενή γραφίτη, την «καυτή» δεξαμενή.
Όταν ο ήλιος πέφτει το θερμό λιωμένο πυρίτιο περνά μέσα από ένα άλλο σύνολο σωλήνων γραφίτη καλυμμένο με φύλλο βολφραμίου το οποίο - όπως και το νήμα σε έναν λαμπτήρα πυράκτωσης - ανάβει και εκπέμπει φωτόνια καθώς το λιωμένο πυρίτιο ψύχεται και δίνει τη θερμότητά του. Τα φωτόνια αυτά συλλαμβάνονται και μετατρέπονται σε ηλεκτρισμό από φωτοβολταϊκά πάνελ. Το ψυγμένο πυρίτιο επιστρέφει στην ψυχρή δεξαμενή για τον επόμενο θερμοδυναμικό κύκλο.
Όπως ισχυρίζεται η ομάδα η τεχνολογία θα μπορούσε να παραγκωνίσει τις γνωστές μεθόδους αποθήκευσης. Θα μπορούσε αν εισαχθεί να έχει κόστος πιο γρήγορα μειούμενο από αυτό των μπαταριών ιόντων λιθίου αλλά και από την αντλησιοταμίευση που άλλωστε «πιάνει ταβάνι» λόγω των γεωγραφικών περιορισμών. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η εγκατάσταση του συστήματος θα μπορούσε να αποθηκεύσει ενέργεια που θα επέτρεπε σε μια πόλη περίπου 100.000 σπιτιών να λειτουργούν εξ ολοκλήρου με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όλο το εικοσιτετράωρο.
