U prekretnici koja može preoblikovati budućnost obnovljivih izvora energije, tim istraživača je pokazao način proizvodnje električne energije i nakon zalaska sunca, koristeći toplinu pohranjenu u posebno obrađeno balsa drvo. Eksperiment, proveden u Laboratoriju za napredne materijale Sveučilišta u Pacifici, pokazuje kako jednostavan i nisko trošak materijal može djelovati kao termalni akumulator, pretvarajući sunčevu svjetlost uhvaćenu tijekom dana u električnu energiju dostupnu tijekom cijele noći. Ovaj članak istražuje znanstvene principe iza otkrića, eksperimentalnu postavu, rezultate i šire implikacije za izvanmrežnu snagu, integraciju u zgradama i globalni prijelaz na čistu energiju.
Kako drvo pohranjuje sunčevu energiju
Balsa drvo, poznato po svojoj laganoj i poroznoj strukturi, odabrano je zbog visokog omjera površine i zapremine, što olakšava brzo apsorbiranje topline. Istraživači su kemijski modificirali ćelijski matriks drveta, infiltrirajući ga s nanokompozitom koji se sastoji od ugljikovih nanotubi i materijala za promjenu faze (PCM) koji se tali oko 55°C. Kada sunčeva svjetlost pogodi obrađeno drvo, dva procesa se događaju istovremeno:
- Fototermalna konverzija: Ugljikove nanotube apsorbiraju širok spektar solarne radijacije i pretvaraju ga u toplinu s učinkom od oko 85%.
- Pohrana topline: PCM apsorbira generiranu toplinu, tali se i pohranjuje latentnu energiju. Kada temperatura okoline padne nakon zalaska sunca, PCM se krutni i postupno oslobađa pohranjenu toplinu.
Oslobođena toplina zatim pokreće termoelektrični generator (TEG) pričvršćen na drvo, pretvarajući temperaturu između toplijeg drveta i hladnijeg okoliša u električnu struju.
Eksperimentalna postava
Laboratorijska postava replicirao je tipičnu krovnu okolinu. Istraživači su montirali ploče obrađenog balsa drveta veličine 30 cm × 30 cm na izoliranu konstrukciju i izlagali ih prirodnom sunčevu svjetlu šest sati, od 9:00 do 15:00, u čistom ljetnjem danu. Ključni dijelovi sustava uključivali su:
- Fototermalni sloj: Sloj ugljikovih nanotubi koji apsorbira širok spektar solarne radijacije.
- Sloj za pohranu topline: Sloj PCM-a koji pohranjuje toplinu generiranu fototermalnom konverzijom.
- Termoelektrični generator: Uređaj koji pretvara toplinski gradijent u električnu struju.
Eksperiment je pokazao da sustav može generirati električnu energiju i nakon zalaska sunca, što otvara nove mogućnosti za izvanmrežnu snagu i integraciju u zgradama.
Šire implikacije
Otkriće balsa drveta kao termalnog akumulatora ima značajne implikacije za globalni prijelaz na čistu energiju. Može se koristiti za izvanmrežnu snagu u područjima bez pristupa električnoj mreži, kao i za pohranu energije u zgradama. Također, može se koristiti za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora energije, kao što su sunčeva svjetlost i vjetar.
Česta pitanja
- Kako balsa drvo pohranjuje toplinu? Balsa drvo je kemijski modificirano da sadrži ugljikove nanotube i materijal za promjenu faze (PCM) koji pohranjuje toplinu generiranu fototermalnom konverzijom.
- Koliko dugo može balsa drvo pohranjivati toplinu? Balsa drvo može pohranjivati toplinu tijekom cijele noći, što omogućuje proizvodnju električne energije i nakon zalaska sunca.
- Kako se balsa drvo može koristiti za proizvodnju električne energije? Balsa drvo se može koristiti za proizvodnju električne energije putem termoelektričnog generatora koji pretvara toplinski gradijent u električnu struju.