水泥磚也能當電池?瑞士新創開發水泥蓄電技術 移峰填谷力抗能源危機

2018-08-31 16:24:07  陳建鈞/綜合報導


▲水泥蓄電裝置的迷你展示版本。(圖/翻攝自 Youtube)

當人們晚上熄燈就寢時,發電廠依然不眠不休地持續運轉,而這段離峰期剩餘的無用電力,若沒有以別的方式儲存,往往就這麼浪費了;為妥善運用每分每秒產出的電力,瑞士新創公司開發出「水泥蓄電技術」,讓不起眼的厚重水泥磚化身電池,儲蓄多餘的電力。

▲這家新創公司異想天開創造出「水泥蓄電技術」,讓一塊塊偌大的水泥圓桶,也能作為電池儲存電力。(影片/取自 YouTube,若遭移除請見諒)

為均衡白日夜晚電量,台灣在電費方面也依時段、平假日計價,希望能藉此調整民眾用電習慣,而如何「移峰填谷」解決缺電危機,更一直是節能減碳浪潮下的重要議題。

比如南投的明潭發電廠,便會利用多餘電力將水抽至高處儲存,並於高峰期憑借水力發電,緩解用電壓力,這種水力蓄電技術就占了當前蓄電量的 96%;但水力蓄電對地形有著極端要求,根據《Quartz》報導,這也是為何全球四分之三的水力蓄電廠僅分佈在 10 個國家的原因。

瑞士新創公司 Vault Energy 新開發的「水泥蓄電技術」,原理與水力蓄電相同,藉由沈重的水泥塊儲蓄電力,並在需要用電時,讓一桶桶水泥塊從高處落下,以位能帶動發電機運轉。

▲Vault Energy 創辦人,美國企業家 Bill Gross(左)與瑞士發明家 Andrea Pedretti(右)。(圖/翻攝自 Quartz,下同)

但水泥蓄電不像水力蓄電對地形環境有著嚴苛要求,而且水泥密度比水更高,同樣體積下能儲存更多電力──當然,由於水能百分百利用容納空間,具體情況這點可能還說不准。

根據該公司的構想,他們將建造一個 120 公尺高的起重機,而周圍則堆放著 35 公噸重的水泥塊圓桶,當有剩餘電力時,起重機會將圓桶抬升至高處擺放,用電高峰時,則讓水泥塊降落的重量帶動發電機運轉。

▲該公司構想中的水泥蓄電裝置。

影片中提到,這樣一個水泥蓄電裝置能儲存 20 MWh 電力,足以提供 2,000 個瑞士家庭一天的用電量;目前官方已打造了一個 20 公尺高的展示版本,能帶著 500 公斤的水泥塊上下移動,雖然尺寸上差了不少,但這款迷你蓄電場呈現的能力,正與他們理想中蓄電裝置相符。

目前 Vault Energy 正積極尋找願意使用這項蓄電技術的買家,並透露將於 2019 年初打造第一款商業版本的水泥蓄電裝置,同時該公司也在努力改良起重機的運作效率,以及嘗試混合建築廢料、礫石製作更低成本的「水泥塊電池」。

這種水泥蓄電技術仍處於相當初步的階段,誰也無法知道 Vault Energy 究竟能否成功,但他們的這項努力,依舊讓人們看見以當今科技解決能源問題的可能性。

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愈黑愈好,改善黑矽太陽能製程效率提升外成本也降了 10.8%

發布日期 2018 年 09 月 10 日 8:45 | 作者 EnergyTrend | 


隨著環保與低碳家園意識崛起,再生能源事業儼然成為一門顯學,其中太陽光電更是備受歡迎的綠能技術,若是能進一步提升發電效率,相信這是眾所樂見的進展。近期美國密西根理工大學(MTU)與芬蘭阿爾托大學便透過改善黑矽(black silicon)太陽能製程,大大增加轉換效率並讓整體製造成本下降 10.8%。

矽晶太陽能為市場上最常見的太陽光電設備,主要分為成本高、轉換效率佳的單矽晶與成本與效率較低的多矽晶太陽能。這兩種技術為了要讓面板吸收更多陽光,會透過蝕刻技術來減少反射光,大部分可見光都會被矽吸收、僅留下藍色的光,因此這兩種面板多是深藍或是淺藍色。

但既然說要吸收光,太陽能板應該要越黑越好,就好比多矽晶的分支黑矽,該技術結合金剛線切割以及不同的表面蝕刻製程,可有效降低光反射,並能吸收更多的可見光與紅外光,讓太陽能轉換效率與成本效益比進一步增加。

目前科學家也透過乾式奈米紋理蝕刻(nano-texturing)技術打造光吸收效率更好的黑矽,其中乾式蝕刻技術可將矽表面從平坦變成布滿奈米針的「森林」,MTU 材料科學與電機系教授 Joshua Pearce 表示,這些奈米針可有效捕獲光線,也不會讓光輕易離開。

只是這些表面缺陷會降低發電性能,奈米紋理技術還需要搭配其他的製程,因此阿爾托大學與 MTU 投入另一項研究,並發現若用原子層沉積(Atomic layer deposition)技術來處理矽,可降低表面缺陷的不良影響。

該研究有望讓黑矽朝更高效太陽能技術發展,雖然同時採用奈米紋理技術與原子層沉積,太陽能發電成本也會水漲船高。與傳統的太陽能電池相比,黑矽 PERC 的製造成本高出 15.8-25.1%,不過光電轉換效率增加有望抵銷新增的成本,研究指出,整體來說太陽能每單位發電成本反而下降了 10.8%。

對於太陽能技術來說,每單位成本增加與減少都會對下游產生巨大影響,Pearce 指出,太陽能成本已經可與傳統電力相競爭,為發展最快的能源之一,下降 10% 比率將可加速太陽能發展。

Pearce 表示,這項研究提出另一種太陽能發展方向,各國也可以藉由該技術提升自己在太陽光電的競爭力。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:芬蘭阿爾托大學)

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新型有機太陽能效率達 12%,突破光敏層難以印刷挑戰

發布日期 2018 年 09 月 06 日 8:15 | 作者 EnergyTrend


太陽能技術進展一日千里,近日南韓蔚山科技大學除了將有機太陽能轉換效率提升至 12.01%,還成功解決電池光敏層(Photoactive layer)太薄難以印刷的挑戰,讓有機太陽能可透過大規模、低成本技術製造,加速太陽能發展。

有機太陽能電池具有柔軟可撓、低成本、可噴塗等優點,近幾十年來備受各國科學家關注,但該技術有一大挑戰,即是其光敏層厚度難以「拿捏」:光敏層太厚會減少光電轉換效率與輕便性,太薄又難以用低成本方式製造。蔚山科技大學教授 Changduk Yang 表示,目前有機太陽能電池光敏層厚度約為 100 奈米,很難用低成本、可大規模製造的印刷技術來製造。

為了在不影響光電轉換效率之下提升光敏層厚度,該團隊用非富勒烯受體(non-fullerene acceptors,NFAs,也有人簡稱 IDIC)來打造有機太陽能的光敏層,進一步將光電轉換效率提升至 12.01%,且即使厚度增加到 300 奈米,光電轉換效率也不會下降。

光敏層可說是太陽能電池的命脈,負責將太陽光轉變成電能。為了產生電流,電池吸收光子時會產生電子電洞對,並透過「電荷分離」來分開帶正電的電子與帶負電的電洞粒子,讓這些粒子抵達電極來發電,而電子與電洞傳遞路徑不一,若以道路來作為比喻的話,電子的傳遞路徑為「通道 I」,電洞則是「通道 II」。

研究員 Sang Myeon Lee 指出,由於傳統富勒烯太陽能電池光吸收效率不佳,以往電子只能透過單一路徑傳遞,但新型有機太陽能電池可同時利用「通道 I」與「通道 II」,大大提升有機太陽能的轉換效率。

非富勒烯受體為有機太陽能技術突飛猛進的功臣之一,相較於傳統富勒烯材料,非富勒烯受體光吸收效果更好、能階變化更加多樣,更可減少近 50% 電荷分離造成的能量損失。

Yang 表示,這項研究成功最佳化電荷分離、電荷傳遞與解決光敏層厚度難題,有助於未來高效有機太陽能電池的生產與商業化。

若有機太陽能成功走出實驗室,太陽能應用範圍又會再更上一層樓。與傳統的矽晶太陽能電池相比,該技術不僅能透過低價材料與簡易印刷技術製造,還可以製成半透明、柔軟、可撓樣式,未來更有機會整合到建築物和車輛、甚至是衣服與織品中,對再生能源的發展可說是大有裨益。

目前該研究已發表在《Energy & Environmental Science》。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:蔚山科技大學)

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研究:在沙漠大規模興建太陽能廠與風場,反增加當地降雨量

發布日期 2018 年 09 月 07 日 17:45 | 作者 Emma stein | 


太陽能、風能等再生能源減少依賴化石燃料,試圖為遏止碳排放量盡點心力。現在一項新研究還表明,如果在沙漠地區大規模建蓋太陽能電池板與風力發電機,將為當地帶來額外降雨量,促進沙漠植被生長。

研究主要作者為伊利諾大學厄巴納-香檳分校博士後研究員 Yan Li,該團隊利用電腦模擬預測,如果在撒哈拉沙漠及薩赫爾地區(註)大範圍興建太陽能廠與風場,這些設備將能改變陸地陽光反照率與氣流流動,進而觸發氣候反饋迴路,在 4,500 年內使部分乾旱景色蛻變得綠意盎然。

之所以挑中此地進行模擬研究也有原因,研究人員相信這裡是大規模推廣再生能源的合理地點,一來相當接近有大量能源需求的歐洲與中東國家,二來此地無論是要安裝風能或太陽能,自然資源都相當充裕。

不過研究中模擬的太陽能廠、風力發電場規模非常大,相當於英國國土面積的 38 倍(超過 900 萬平方公里),密集建蓋高達 90 公尺的風力發動機,太陽能板覆蓋其中五分之一面積,可產出電力共約 82TW(terawatt),遠多於目前全球能源需求量(2017 年時全球能源需求 18TW),非目前任何一個大型再生能源案場可比擬。

設好這座超大型太陽能兼風能發電場的數據後,研究人員將其併入一個模擬地球動態氣候的複雜電腦程序運算,預測發電場將如何改變當地環境。

(Source:伊利諾大學厄巴納-香檳分校)

模擬表明,風場會混合上下方冷暖空氣,導致地面溫度在夜間也提高一些;太陽能板則負責減少陽光反射,最終兩種設備能讓當地降雨量提高 1.5 倍,平均每天降雨量增加到 0.59 公厘。研究共同作者、馬里蘭大學大氣系統科學家 Safa Motesharrei 說,降雨量增加後將促進植被生長,接著減少沙漠表面反射的陽光量,提高牲畜畜牧量,形成積極的反饋循環迴路。

研究挺有趣,雖然要將之現實化有太多挑戰。沙漠景觀固然荒涼,但仍具文化價值,且當地國家是否有政策支持、並能將這些綠電輸往歐洲及中東國家才是最大問題。新論文發表在《科學》(Science)期刊。

註:薩赫爾(法語:sahel,意為「邊緣」)是非洲撒哈拉沙漠和蘇丹草原地區之間,一條長超過 3,800 公里的狹長地帶,橫跨塞內加爾、茅利塔尼亞、馬里、布吉納法索、尼日、奈及利亞、查德、蘇丹共和國、厄利垂亞共 9 個國家。

(首圖來源:pixabay)

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不用去礦坑湖底尋找,科學家發現腸道細菌就能有效產電

發布日期 2018 年 09 月 18 日 19:00 | 作者 Nana Ho | 


過去科學家已在礦坑、湖底發現能夠發電的細菌,但最近加州大學柏克萊分校(UC Berkeley)科學家發現,我們或許正好就錯過了近在眼前的來源:人類的腸道。

柏克萊加大團隊在研究中發現,常見引起腹瀉的李斯特菌(Listeria monocytogenes)能夠使用和已知產電菌完全不同的技術來產電,同時還有數百種類其他細菌能使用相同過程,而其中許多都是人體腸道微生物群的一份子。

除了李斯特菌外,會造成氣性壞疽的產氣莢膜梭菌(Cl.perfringens)、容易在醫院院內感染的糞腸球菌(Enterococcus faecalis)、一些致病的鏈球菌和乳酸桿菌(Lactobacillus)都會產生電。

柏克萊加大分子和細胞生物學、微生物學教授 Dan Portnoy 表示,無論是做為病原體、益生菌,還是我們體內的微生物群或參與發酵產品的製作過程,許多細菌都具有產電性,而我們顯然錯過了這個事實。

除了可以讓人們更了解這些細菌如何感染、或幫助我們擁有健康的腸道,對於那些試圖製造微生物電池的人來說,這項發現也是個非常好消息,因為這樣的技術讓未來使用廢物處理廠中的細菌來發電變的可能。

就像我們呼吸氧氣的原因一樣,細菌產生電力也是為了去除新陳代謝過程中產生的電子並協助能量產生。在動物和植物的情況中,電子會傳遞至每個細胞線粒體內的氧氣,但對於處在低氧環境中的單細胞細菌來說,它們必須找到另一種方式來促進這種電子流動。

過去在酸性礦坑、湖床內發現的產電菌,會選擇使用像是鐵或錳的礦物質來進行有效「呼吸」,而在這些細胞將電子轉移時,由於礦物質位於細胞外部,內部將會使用微小電流傳導電子至礦物質,這也就是所謂的「細胞外電子傳遞鏈」。

而對被歸類為革蘭氏陽性菌的腸道微生物來說,儘管被剝奪氧氣,周遭還是存在一種電子受體能夠讓它們達成電子傳遞,而這種電子受體便是維生素 B2 的衍生物黃素(flavin)。

論文第一作者、博士後研究員 Sam Light 認為,這些細菌的細胞結構和富含維生素的生態位,讓它們將電子從細胞中轉移出來變得更加容易也更具成本效益。

「我們認為傳統研究中用礦物質呼吸的細菌是為了生存使用細胞外電子傳遞,而這些新發現的細菌使用這項技術,則只是因為『很簡單』。」

為了了解該系統的穩健性,Light 與伯克利國家實驗室(LBNL)Caroline Ajo-Franklin 合作,探索了活微生物和無機材料之間的相互作用,以便在碳捕獲、封存以及生物太陽能發電中應用。

透過用電極測量,團隊檢測到高達 500 微安從細菌流出的電流,證實這項過程確實是電生成的。實際上,它們產生的電量與已知的產電菌一樣多,每個細胞每秒約能產生 10 萬個電子。

Light 特別對乳酸菌(Lactobacillus)存在這種系統感到有興趣,因為乳酸菌對起司、酸奶和酸菜的製造都至關重要。所以他認為或許,電子傳遞也在起司和酸菜的味道中扮演重要角色。

「人們沒有意識到這是細菌生理學中的重要部分,而這是潛在可能被操縱的。」

Light 和 Portnoy 有更多問題,關於這些細菌如何、又為什麼開發出如此獨特的系統。這項研究已經在《自然》(Nature)期刊上刊載。

(首圖來源:UC Berkeley/Amy Cao)

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穿戴式裝置再進化,日本研發 OK 繃大小的太陽能心律感測器

發布日期 2018 年 10 月 04 日 13:40 | 作者 EnergyTrend | 


若要開發出小型、輕便且可撓的穿戴式電子裝置,其中的電池也必須符合這些條件,因此目前可撓式穿戴裝置最大的挑戰在於找出最方便的供電方式,而近期日本科學家研發出太陽能穿戴式心臟感測器,直接讓裝置達到自供電效果,進一步擴大穿戴式裝置在醫療科技的應用範圍。

新型太陽能穿戴式心律感測器乍看之下跟普通 OK 繃一樣,但實驗證明它可準確測量人體與老鼠的心律。日本理化學研究所(RIKEN)與東京大學將用於生物感測的有機電化學電晶體整合到有機太陽能電池中,除了縮小心律感測器的體積,使用者也不用再頻繁更換電池。

其中有機太陽能為近年來備受矚目的太陽能裝置,由於其不僅能透過低價材料與簡易印刷技術製造,該電池還可以製造成半透明、柔軟、可撓式樣式,更有機會整合到建築物、車輛、衣服與織品中,應用範圍有望比當今的矽晶太陽能還要廣泛。

根據團隊在《Nature》上發表的研究,該研究背後功臣為採用奈米光柵(nano-grating)表面的太陽能吸收層,讓有機太陽能板可實現高轉換效率與獨立的光入射角度。

新型設備搭載的有機太陽能轉換效率為 10.5%,功率重量比更高達每克 11.46 w,且在 900 次重複抗壓試驗後,光電轉換效率僅下降 25%,從 9.82% 降至 7.33%,與 60 度光入射角度下的非光柵元件相比,光轉換效率提高了 45%。

為了打造輕薄又可撓的太陽能穿戴式心律感測器,研究人員將有機太陽能電池與有機電化學電晶體感測裝置整合在 1 μm 薄的基板上,實驗指出,該裝置可在人體皮膚上檢測心跳或直接在老鼠心臟上記錄心電圖訊號。

研究表示,該裝置可在 10,000 Lux 亮度下穩定運行,其亮度約等於烈日時站在大樹下乘涼。且新型太陽能穿戴式心律感測器由於不含電線,運作時也不會發出任何噪音。

RIKEN 創發物性科學研究中心研究員福田憲二郎(Kenjiro Fukuda)表示,該研發為穿戴式自供電感測器鋪平了道路,未來除了進一步提升性能,團隊也致力於開發可撓式儲存設備,並持續與其他團隊合作製造更加實用的裝置。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:RIKEN)

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樂高與維斯塔斯攜手推出積木風機,在家就可組裝專屬風場

發布日期 2018 年 10 月 09 日 7:45 | 作者 EnergyTrend | 


風力發電廠成本動輒好幾百萬,風機高度平均更達 90 公尺以上,一般人要擁有自己的風電場可說是天方夜譚,但現在樂高(LEGO)與丹麥風機廠商維斯塔斯(Vestas)合作推出樂高版風力機組,讓消費者在家就可以拼裝屬於自己的風機。

「LEGO 10268 VESTAS 風力發電機」共有 826 塊積木零件,可組裝成高達 100 公分的風機、帶有庭園的小房屋與維斯塔斯維修車,零件則包括兩個工作人員、女屋主等,且雖然是玩具風機,但其設備相當齊全與細緻,風機葉片可轉動之外,還有精細的風機塔架與搭載飛機警示燈的移動式機艙。

只不過對於期待它可以自發電的買家來說,該商品可能會讓你略為失望,風機葉片是依靠其中的電池來轉動(或是把它帶去風大的地方),沒辦法像實體風機一樣透過葉片轉動提供電力。

此次並非樂高首次與維斯塔斯合作,早在 2008 年就已合作推出編號 4999 樂高版 VESTAS 風機,但當時是以限量方式登場,如今已經絕版,網路上甚至出現一萬以上高價。

而這一次全新 10268 樂高風機組不僅是復刻版,部分零件還採用甘蔗植物性塑膠,希望可藉此推動永續材料與再生能源。樂高集團環保永續發展部副總裁 Tim Brooks 表示,公司努力降低對環境的負面影響,致力於緩解氣候變遷、並在產品和包裝中使用永續材料,而這架風機可說是實現公司雄心壯志的第一步,也同時盼望此商品可鼓勵大家能使用永續能源。

樂高預計在 2025 年達成所有包裝採用永續材料,更希望在 2030 年擴大範圍讓所有商品達標。除了在材料方面追求環保,樂高也努力推動風力發電技術發展,從 2012 年開始,樂高集團已在離岸風電投資約 8.9 億美元,並在 2017 年 5 月加入綠能提倡組織「RE100」並達成 100% 再生能源供電。

樂高集團母公司 KIRKBI A / S 在 2017 年 5 月達成百分之百再生能源供電時,為慶祝提前 3 年達標,他們花費 600 小時、用 146,251 片積木組裝高達 7.5 公尺的風機。打造最小的風機之餘,樂高也拼出世界最高的積木風機。

維斯塔斯行銷、通訊和公共事務資深副總裁 Morten Dyrholm 則指出,目前風力發電是最便宜的能源之一,風機儼然成為永續能源的顯學,因此維斯塔斯相當高興能與樂高一同合作。

預計 LEGO 10268 VESTAS 風力發電機將於美國時間 11 月 23 日、黑色星期五當天開始販售,售價 199.99 美元(約台幣 6,163 元),若先前沒有搶購到 4999 風機,這一次將是大好機會。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;圖片來源:樂高)

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兼具低成本、穩定性高優勢,英國研發大尺寸鈣鈦礦太陽能電池

發布日期 2018 年 10 月 08 日 9:00 | 作者 EnergyTrend |   


目前大多科學家都想要研發出小型且輕便的太陽能板,希望可擴大太陽能的應用範圍,但英國斯旺西大學反其道而行,日前開發出新型「超大尺寸」鈣鈦礦太陽能板,其電池尺寸與 A4 紙相當,模組有效面積(Active Area)高達 198 平方公分,更解決易衰退穩定性低問題、能有效穩定運作一年以上,將有助於未來工業用與大規模太陽能發展。

小型太陽能板可用於穿戴式感測器或是結合衣服、紡織品,而大型太陽能板也有其市場,能應用在屋頂太陽能、大樓外牆與公用事業太陽能,基本上為太陽能系統的老本行。而雖然現今大範圍太陽能系統以矽晶電池技術為主,不過斯旺西大學採用的新型鈣鈦礦太陽能電池有望超越矽晶電池如今的地位。

鈣鈦礦太陽能電池發展潛力高,經數次改良其轉換效率已從 2009 年的 3.8% 成長至可媲美傳統的矽太陽能的 22% 以上,且鈣鈦礦太陽能電池優點相當多,具有低成本與易製造優點,更可製成薄膜或是可撓式太陽能板。

但該技術仍有許多挑戰需要克服,像是鈣鈦礦電池含有毒金屬「鉛」以及遇熱、水易降解等難題,種種因素也造成鈣鈦礦電池穩定性比傳統矽晶太陽能差,如果該技術能跨越眾多不利因素,未來將擁有無限可能。

因此為擴大鈣鈦跨電池的發展,斯旺西大學首先解決鈣鈦礦容易衰退的難題,研發出碳-鈣鈦礦太陽能電池(C-PSC),其頂層由二氧化鈦、氧化鋯、碳製成,雖然轉換效率只有 6% 左右,但碳-鈣鈦礦太陽能電池可穩定運作一年以上。

之後團隊再藉由該技術進一步打造 A4 大小的太陽能電池,乍看之下這好像也沒什麼特別的,但是若製成模組,其有效面積可高達 198 平方公分,團隊也最佳化印刷過程,讓太陽能材料可與玻璃基板上的圖案精準對齊,這些突破都是太陽能大規模製造所需要的關鍵。

根據團隊在《Advanced Materials Technologies》發表的研究,新型鈣鈦礦轉換效率為 6.3%,若在室內進行測試(照度約 200 lux)轉換效率可提升至 11%,在超市(1000 lux)則可高達 18%,顯示該太陽能板可為室內小型設備供電。

團隊下一步將持續提升電池的光轉換面積與發電量,斯旺西大學 SPECIFIC 創新與知識中心 Francesca De Rossi 博士表示,即使擴大電池尺寸,新型鈣鈦礦太陽能表現仍良好,這項發現也將有助於工業設備採用鈣鈦礦電池,讓該技術朝商業化邁進。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:斯旺西大學)

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古人的智慧?研究:埃及藍顏料能提高能源效率,協助太陽能發電

 發布日期 2018 年 10 月 13 日 10:45 | 作者 Nana Ho |


數千年前,古埃及人創造了一種人類最早使用的人造顏料,並將其用來描繪神靈、皇室的圖像,過去研究曾發現這種被稱為「埃及藍」(Egyptian blue)的顏料能夠吸收入射的可見光,並在近紅外光範圍發射,而最近一項新研究顯示埃及藍顏料的潛力不僅於此,未來將有望能用來提高能源效率並協助太陽能發電。

美國能源部的伯克利實驗室(LBNL)在最近的研究中證實,埃及藍的螢光效應(fluorescence)比原先想像的強上 10 倍,研究最近已經刊登在《Applied Physics》期刊上。

透過測量埃及藍和相關化合物塗層在陽光下的表面溫度,伯克利實驗室的研究人員發現,埃及藍可以吸收的光子數量幾乎達到 100%,發射過程的能源效率也高達 70%(紅外線光子比可見光光子攜帶的能量更少)。

在 Paul Berdahl 的帶領下,研究人員現在希望顏料可以用於油漆或應用建築物的屋頂上,它將可以反射陽光並協助建築物內部保持涼爽,減少對耗電空調的需求。

過去在陽光充足的氣候條件下,白色顏料被認為是通過反射陽光來保持建築物涼爽、減少耗能的最有效的選擇,然而基於美觀的考量,業主通常不會在斜屋頂上使用明亮的白色,在這項研究下,埃及藍或許未來能做為另一種選擇。

除了建築物的潛力以外,埃及藍的螢光作用也可用於生產太陽能。如果將埃及藍用於著色玻璃,發射的近紅外光可以被窗戶邊緣的太陽能電池吸收,並將其轉換為電力。

根據伯克利實驗室多年來進行的大量研究,能夠反射光線的屋頂和牆壁可以冷卻建築物和汽車,減少了對空調的需求並減輕城市熱島效應(island effect),同時通過將太陽光反射回太空,這些材料也釋放出更少的熱量進入大氣層,進而冷卻地球並抵消大量溫室氣體造成的變暖效應。

(首圖來源:shutterstock)

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無人機與風力發電相結合,另類風機可用高海拔狂風來發電

 發布日期 2018 年 10 月 16 日 8:30 | 作者 EnergyTrend |


通常在人們的印象中,風力發電外觀不外乎就是拔地而起的巨型電風扇,透過 3 個葉片把風的動能轉化為電力,但瑞士新創團隊 Skypull 運用全新風力發電概念,結合無人機與高空風力發電機(Airborne Wind Energy,AWE)技術,讓人們能以低成本方式利用高海拔的強風來發電。

電是人們生活中不可或缺的能源,如何以便宜又低碳方式發電已成為各國迫在眉睫的課題,而風力發電更是歷史相當悠久的綠色技術,雖然目前尚未成為主要能源,但該技術在 2000-2015 年間已經成長了 24 倍。

隨著風力發電技術愈加進步,為了捕獲更強大的風,風機高度將會越來越高,從目前的平均 90 公尺上升到 100 公尺以上,甚至有望突破 200 公尺以上。只不過風機高度增加,也同時代表著成本的高升,且若想要捕獲高海拔速度更快的風,總不能打造高度超越 400 公尺的風機。

因此新創團隊 Skypull 將目光轉向高空風力發電機。相較於傳統的三葉式風機,其優勢是捨棄大型的塔形結構、集電環與設計偏航機構,而為了讓設備可以有效捕獲高空的風,團隊則打造一架箱翼式(Box Wing)無人機。

該設備外觀很像在空中飛行的平行四邊形不明物體,遠遠看與風箏相似,搭載 4 個小型轉子與一條連接地面發電機的纜線,無人機會在海拔 400 公尺高的區域沿著 8 字形軌跡飛行,期間會不斷拉扯纜線以帶動發電機發電,當纜線拉盡,無人機便會自動下降,讓絞盤回收纜線、再度起飛,依此持續循環。

團隊不僅最佳化氣動力(aerodynamic)性能,其特殊的機翼樣式也可以減少飛行阻力與機型重量,進一步減少成本,且每架無人機在起飛和降落期間都能改變機翼角度。預計一架無人機預計可為 1,100 戶家庭供電,翼展長達 17 公尺的無人機則可提供 1MW 電力。

Skypull 營運長 Marcello Corongiu 表示,該設備還是有需多地方與傳統風機相似,壽命不僅一樣長達 20 年左右,使用的交流電發電機、複合材料和機電零件也是相同的,僅需要定期更換超高分子量聚乙烯(UHMWPE)電纜。

新型技術發展以來也不是一路順遂,如何在高風速之下穩定運作、如何避免發生高空「車禍」與設備安全性等,這些都是廠商得面臨的問題,且高空風力發電機也與航空、材料、自動化和機器人等領域息息相關,Skypull 面臨著許多挑戰。Corongiu 表示,目前公司處於新創團隊的「死亡之谷」,希望可在歐盟中小企業計畫(EU SME programme)的幫助下升級系統與進入市場。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:影片截圖)

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