Maza, nomocīta valdības aģentūra meklē svēto grālu enerģijas jomā: ilgtermiņa enerģijas uzglabāšanu

Whakamātauhia Ta Maatau Taputapu Mo Te Whakakore I Nga Raru

ARPA-E, kas līdz šim ir pārdzīvojusi Trampu, turpina izpētīt visprogresīvākās iespējas.

Galvenā jauda

Saules enerģija un uzglabāšana, piemēram, šokolāde un zemesriekstu sviests.

Galvenā jauda

Dziļi Enerģētikas departamentā ir neliela aģentūra, kuras mērķis ir atbalstīt progresīvus enerģētikas pētījumus: the Uzlaboto pētījumu projektu aģentūra-Enerģētika vai ARPA-E. Tas ir tikai aptuveni 10 gadus vecs, un sabiedrība nav plaši pazīstams un nenovērtēts, taču enerģijas dīķu vidū tas ir iemīļots.

Pēc visa spriežot, ARPA-E ir uzmundrinošs panākums. Nacionālā Zinātņu akadēmija veica an plašs novērtējums 2017. gadā un secināja tik daudz . No aptuveni 500 dotācijām, ko aģentūra tajā brīdī bija piešķīrusi, aptuveni puse bija recenzēta izpēte, aptuveni ceturtdaļa tika izmantota, lai piesaistītu finansējumu no privātā sektora, un aptuveni 13 procenti radīja jaunus patentus. Un tas ir ar apzinātu koncentrēšanos uz augsta riska un augstas atdeves ieguldījumiem.

Aģentūru, ko sākotnēji 2007. gadā izveidoja ASV likumdevēju divu partiju grupa, pilnībā finansēja no prezidenta Baraka Obamas 2009. gada stimulēšanas likumprojekta, un nostāties uz stingrākiem pamatiem Kongress 2011. gadā — tika apzināti izstrādāts, lai atdarinātu Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūra (DARPA), kas izveidota 1958. gadā, lai veiktu progresīvus pētījumus Aizsardzības departamentā.

ARPA-E mērķis ir identificēt daudzsološas progresīvas enerģētikas tehnoloģijas un palīdzēt tām pārvarēt nāves ieleju starp fundamentālo pētniecību un komercializāciju — ak, un enerģētikas pētniecībā radīt svaigumu, aizrautību un misijas sajūtu, kas piesaistīs ASV labākos. un gaišākie prāti.

Savā pieticīgā veidā tas to ir izdarījis. Protams, tā kā tā ir veiksmīga aģentūra, kas saistīta ar Obamu, Donalds Tramps to ienīst.

Abi no Trampa budžeti ir ierosinājuši pilnībā atbrīvoties no aģentūras. Abas reizes Kongress viņu klusi ignorēja un saglabāja ARPA-E finansējumu. 2017. gadā viņi faktiski to palielināja ; 2018. gadā viņi beidzās turot to stabili (neskatoties uz a Parlamenta priekšlikums to samazināt par 8 procentiem ). Tas, vai tas turpinās pastāvēt, lielā mērā būs atkarīgs no 2018. gada vidusposma vēlēšanu iznākuma.

Jebkurā gadījumā, neskatoties uz visu šo drāmu, ARPA-E bērni joprojām strādā, novirzot naudu interesantiem enerģijas projektiem.

Jaunākās ziņas no aģentūras ir tādas, ka Enerģētikas departaments ir izvēlējies 10 saņēmējus, kas saņems 30 miljonus ASV dolāru. maijā priekš Ilgums Papildinājums elektrībai Uzglabāšana (DAYS) programma. (Neviens nav teicis, ka enerģijas nerdi labi lieto akronīmus.) DAYS finansēs izpētes projektu un eksperimentu kopumu ilgstošas ​​(no 10 līdz 100 stundām) enerģijas uzkrāšanas jomā.

Ilgstoša elektroenerģijas uzglabāšana ir ilgtspējīgas enerģijas svētais grāls

Ilgstoša uzglabāšana ir, kā es rakstīts iepriekš , sava veida svētais grāls enerģētikā. Ātri pārskatīsim, kāpēc.

Tīklā nāk vairāk vēja un saules, kas ir laba lieta un samazina oglekļa emisijas. Taču atjaunojamā enerģija ir mainīga — tā nāk un iet līdzi laikapstākļiem. Jo vairāk to pievienojat, jo vairāk jums ir nepieciešams cits elastīgi resursi, lai to līdzsvarotu . Dabasgāze šim nolūkam ir piemērota, taču, lai nokļūtu nulles oglekļa tīklā, tas nozīmē atbrīvoties no dabasgāzes (ja vien tas nepalielina oglekļa uztveršanu un sekvestrāciju).

Kas var kalpot kā elastīgi nulles oglekļa resursi, kas aizstāj dabasgāzi mainīgo atjaunojamo energoresursu balansēšanā? Nu, daudzas lietas, bet galvenokārt enerģijas uzkrāšana. Iespēja uzkrāt atjaunojamo enerģiju, kad nāk saule un vējš, un izlādēt to, kad tie aiziet, izlīdzina stāvās svārstības.

Vējš+krātuve Austrālijā.

Tesla akumulatora uzstādīšana Dienvidaustrālijā.

Tesla

Mums ir uzglabāšanas tehnoloģija, lai izlīdzinātu ik stundu svārstības, taču mums joprojām nav nekā, kas varētu aptvert vēja un saules periodu, kas ilga dienas, mēnešus vai pat gadus. Ja mēs vēlamies iegūt mainīgu atjaunojamo enerģiju līdz 60 procentiem, 80 procentiem vai pat vairāk no mūsu elektroenerģijas, mums ir nepieciešama ilgtermiņa enerģijas uzglabāšana. Tas ir trūkstošais puzles gabals, Svētais Grāls.

Tomēr ilgstošas ​​uzglabāšanas uzņēmumi ir bijušas grūtības izdzīvot tirgū, kurā dominē lēti litija jonu akumulatori. Tādējādi nepieciešamība pēc dažām tehnoloģijām tālmetienu.

Pastāv liela interese par elektrības uzglabāšanu kā siltumu

Tātad, kas ir ēdiena gatavošana progresīvos ilgtermiņa enerģijas uzglabāšanas pētījumos? Skatoties cauri 10 ARPA-E grantu saņēmēji piedāvā intriģējošu ieskatu. Dažas no šīm tehnoloģijām ir paredzētas enerģijas ciklam gan katru dienu, gan ilgāku laiku, un dažas galvenokārt ir paredzētas ilgstošai uzglabāšanai, kas jāizmanto, kad ikdienas uzglabāšana ir izsmelta.

Projekti ir dažādi, taču dažas kategorijas izceļas. (Interesanti, ka, neskatoties uz ievērojamo ažiotāžu apkārt elektrolizēts ūdeņradis kā uzglabāšanas mehānisms , grupā ir tikai viens elektrolīzes projekts.)

Pirmā un lielākā kategorija, kurā ir pieci no 10 projektiem, ir termiskā uzglabāšana , t.i., uzglabājot elektroenerģiju kā siltumu. Tam ir visdažādākie varianti, bet pamatideja ir: Izmantojiet lieko elektroenerģiju, lai kaut ko uzsildītu; kad jums ir nepieciešama elektrība, izmantojiet šo siltumu, lai darbinātu turbīnu. Izrādās, ka siltumu ir daudz vieglāk uzglabāt nekā elektrību.

amazon dzesētāji

Viens veids, kā uzglabāt siltumu: kā silts ūdens.

Džordans Stīds/Amazon

Tas viss ir atkarīgs no tā, ko jūs uzsildāt un cik daudz enerģijas jūs saņemat atpakaļ. Plkst Mičiganas štata universitāte , tie uzsildīs magnija mangāna oksīda (Mg-Mn-O) daļiņu gultni. Breitona enerģija , Hemptonā, Ņūhempšīrā, karsēs izkausētu sāli. Echogen enerģijas sistēmas , Akronā, Ohaio štatā, sildīs zemu izmaksu materiālu, piemēram, smilšu vai betona, “rezervuāru”. The Nacionālā atjaunojamās enerģijas laboratorija , Golden, Kolorādo, uzsildīs lētas cietās daļiņas līdz temperatūrai, kas pārsniedz 1100°C, un pēc tam izvadīs enerģiju, izmantojot augstas veiktspējas siltummaini un slēgta cikla Braitona cikla turbīnu, kas noteikti skaņas forši.

Antona enerģija , Fremontā, Kalifornijā, sildīs lētus oglekļa blokus (līdz 2000°C!). Antora ir zināmā mērā unikāla ar to, ka tā atjaunos enerģiju nevis caur turbīnu, bet ar termofotoelektriskiem saules paneļiem, kas īpaši izstrādāti, lai efektīvi izmantotu bloku izstaroto siltumu.

Siltuma uzglabāšana enerģētikas pasaulē nesaņem lielu popularitāti — siltums kaut kādā ziņā ir mazāk seksīgs nekā elektrība, taču tam ir milzīgs potenciāls lai paātrinātu dekarbonizāciju. Būtu lieliski, ja kāds no šiem tehniķiem pieķertos.

Alternatīvas baterijas, apgriezta hidroelektrostacija un citas uzglabāšanas robežas

Vēl viena interesanta kategorija ir plūsmas baterijas. Atšķirībā no litija jonu akumulatoriem, ko lielākā daļa patērētāju pazīst no saviem mobilajiem tālruņiem un elektriskajām automašīnām, plūsmas akumulatori uzkrāt enerģiju šķidrā veidā. Konkrēti, tie ietver divas atsevišķas šķidrumu tvertnes, kas satur ķīmiskas sastāvdaļas, kuras tiek cirkulētas garām membrānai, kur notiek jonu un elektriskās strāvas apmaiņa.

Plūsmas akumulatori ir smagi un nav noderīgi transportlīdzekļiem, bet kā stacionārai uzglabāšanai tiem ir lielas priekšrocības: tie var mērogot būtībā jebkura izmēra , uzlādējiet un izlādējiet desmitiem tūkstošu reižu bez zaudējumiem un kalpo vairāk nekā 20 gadus. Tās ir tikai divas tvertnes ar stabilu šķidrumu istabas temperatūrā. Jūs varat uzglabāt šos šķidrumus tik ilgi, cik vēlaties, vai uzlādēt tos tik bieži, cik vēlaties, un padarīt tvertnes tik lielas, cik vēlaties.

plūsmas akumulators

Plūsmas akumulatora pamati.

Wikimedia

Patiesībā Galvenā jauda Heivordā, Kalifornijā, izstrādā cinka-broma plūsmas akumulatoru, kam vispār nav nepieciešams atdalīt divus reaģentus, tāpēc tos var uzglabāt vienā tvertnē kopā, tādējādi ietaupot aparatūras izmaksas. The Apvienoto tehnoloģiju pētniecības centrs , East Hartford, Konektikutas štatā strādā pie plūsmas akumulatora izmantojot lētus un viegli pieejamus sēra-mangāna bāzes aktīvos materiālus, kas, es domāju, duh.

Viens elektrolīzes projekts ir ārpus Tenesī universitāte , Noksvilā, kurā tiek apvienots elektrolizators (kas atdala ūdeņradi no ūdens) ar kurināmā elementu, kas ražo ūdeņraža peroksīdu. Es pat netaisos izlikties, ka to saprotu.

Un pēdējais pieminēšanas vērts, tikai tāpēc, ka šķiet savdabīgs, ir Kvidnet enerģija , Sanfrancisko, Kalifornijā. Tas izstrādā sava veida sūknētās hidroenerģijas apgrieztu versiju. Parastā versijā ūdens tiek sūknēts augšup, lai uzglabātu enerģiju, un pēc tam plūst lejup pa turbīnu, lai atbrīvotu enerģiju. Tā vietā, lai uzglabātu enerģiju, Quidnet sūknēs zem spiediena ūdeni; lai atbrīvotu enerģiju, tas pārtrauks sūknēšanu, un apkārtējā klintī radītā deformācija piespiedīs ūdeni atpakaļ caur ģeneratoru, lai ražotu elektrību. Neprātīgi!

ARPA-E ir Obamas atbalss, tāpēc tās liktenis nav atrisināts

DAYS saņēmēji pārstāv tikai daļu no pētījumiem, kas tiek veltīti ilgstošai enerģijas uzglabāšanai. Un godīgi sakot, viņu dotācijas veido tikai daļu no naudas, kas būtu jānovirza šādiem pētījumiem. Ņemot vērā to, cik nozīmīga ir ilgstoša uzglabāšana ilgtspējīgai energosistēmai, 30 miljoni USD ir pupiņas. Mums vajadzētu tērēt tā, it kā mēs nopietni uztveram klimata krīzi.

veikt pētījumu budžetu AAAS

Bet tāpat. Ir jauki, ka enerģijas nederīgu kolektīvs pārvalda kompetentu, uz nākotni vērstu aģentūru, kas atbalsta un sniedz iespējas citiem enerģijas nederiem. Kaut kā šis mazais labas pārvaldības brīnums ir pārdzīvojis Trampa nihilisma viesuļvētru.

Kas zina, cik ilgi tas var ilgt. Taču pagaidām ARPA-E kalpo kā sava veida Obamas gadu atbalss un ideja, ka Amerika var droši sasniegt savu nākotni, nevis pieķerties pagātnei.