Ingenieurs van de Universiteit van Wisconsin-Madison schijnen een licht op veelbelovende nieuwe strategieën voor het opslaan van zonne-energie. De inspanningen zouden kunnen helpen een belangrijke beperking van de energieopwekking uit zonnebronnen te overwinnen, namelijk hoe u aan de elektriciteitsvraag kunt voldoen als de zon ondergaat.

"Aangezien hernieuwbare energie een grotere rol gaat spelen in ons elektriciteitsnet, opslag en on-demand levering zijn van cruciaal belang, " zegt Thatcher Root, een professor in de afdeling Chemische en Biologische Engineering.

Hernieuwbare bronnen waren in 2017 goed voor bijna een kwart van de wereldwijde elektriciteitsproductie, en de capaciteit van zonne-energie is de afgelopen tien jaar jaarlijks met ongeveer 51 procent gegroeid. Helaas, vraag van de consument naar elektriciteit piekt meestal in de avond, terwijl de opwekking van zonne-energie het meest efficiënt is wanneer de zon 's middags hoog aan de hemel staat.

Die mismatch is de reden waarom zonne-energiecentrales betere systemen nodig hebben om zonne-energie op te slaan - idealiter iets kosteneffectief en efficiënts. Het integreren van warmteopslag in het opvangsysteem kan beter zijn dan het toevoegen van batterijen of andere, aparte opslagsystemen.

Deze benadering kan vooral nuttig zijn voor een technologie voor hernieuwbare energie die bekend staat als concentrerende zonne-energie (CSP), die momenteel in gebruik is bij bijna 20 faciliteiten in de Verenigde Staten. De planten verzamelen overdag warmte uit zonlicht en gebruiken die energie om stoom op te wekken om een ​​turbine aan te drijven voor elektriciteitsopwekking. Met enige zorg, de zonne-energie die overdag wordt verzameld, kan worden opgeslagen als thermochemische energie - opgeslagen in chemische bindingen - voor gebruik 's nachts.

Wortel- en afstudeerstudent Elise Gilcher, die wordt geadviseerd door James Dumesic, de Ernest Micek Distinguished Chair in chemische en biologische engineering, pakken het opslagprobleem aan door betere katalysatoren te ontwikkelen - materialen die chemische reacties versnellen zonder te worden verbruikt en omgezet in nieuwe producten. Het werk zal ook worden geleid door Milton J. en A. Maude Shoemaker en Beckwith-Bascom Professor Thomas Keuch, een ander faculteitslid binnen de afdeling Chemische en Biologische Technologie die wereldberoemd is vanwege zijn bijdragen aan katalyseonderzoek.

Sommige van de nieuwste CSP-fabrieken gebruiken gesmolten zout om energie op te slaan, maar de ingenieurs van UW-Madison hebben efficiëntere methoden gevonden. Een veelbelovende optie zou het gebruik van een omkeerbaar systeem voor het hervormen van methaan kunnen zijn, zoals beschreven in een paper gepubliceerd op 13 april, 2017, in het journaal Groene chemie . De auteurs zijn onder meer Xinyue Peng (een afgestudeerde student in het laboratorium van Root), Wortel, en Vilas Distinguished Achievement Professor en Paul A. Elfers Professor in Chemische en Biologische Engineering Christos Maravelias.

Thermochemische energieopslag van methaan hangt af van katalysatoren om de reacties te ondersteunen die worden gebruikt om warmte op te slaan en af ​​te geven, en bestaande systemen hebben één groot probleem. Overuren, koolstofophoping op de oppervlakken van katalysatoren (een proces dat "cokesvorming" wordt genoemd), ze onbruikbaar maken.

"We hebben katalysatoren nodig die niet vercooksen, ' zegt Wortel.

Om het probleem aan te pakken, werkt aan het chemisch modificeren van katalysatoren door een speciale anti-cokeslaag op de gedragen metaalkatalysatoren aan te brengen met behulp van een proces dat atomaire laagafzetting wordt genoemd. De inspanning is geïnspireerd op eerder onderzoek onder leiding van Keuch en Dumesic, waaruit bleek dat atomaire laagafzetting geschikt is voor katalysatoren in biobrandstoffen. Gilcher zal de procedures aanpassen voor verschillende katalysatoren die vaker worden gebruikt in methaanreforminstallaties.