Od grejanja zimi do pranja veša, toplota je ključna za svakodnevni život. Ali kako se svet bori sa klimatskim promenama, sve veća potrošnja energije zgrada je kritičan problem. Trenutno se toplota proizvodi sagorevanjem fosilnih goriva kao što su ugalj, nafta i gas, ali to će morati da se promeni kako svet prelazi na čistu energiju.
Istraživači iz Georgia Tech-a u školi za mašinstvo Džordža V. Vudrafa (ME) razvijaju efikasnije sisteme grejanja koji se ne oslanjaju na fosilna goriva. Oni su pokazali da kombinovanje dve uobičajene soli može pomoći u skladištenju čiste energije kao toplote; ovo se može koristiti za grejanje zgrada ili integrisano sa toplotnom pumpom za hlađenje zgrada.
Istraživači su predstavili svoje istraživanje u članku pod naslovom „Termohemijsko skladištenje energije koristeći mešavine soli sa poboljšanom kinetikom hidratacije i stabilnošću ciklusa“, objavljenom u Journal of Energy Storage.
Osnovna mehanika skladištenja toplote je jednostavna i može se postići kroz mnoge metode. Osnovna reverzibilna hemijska reakcija je osnova za njihov pristup: prednja reakcija apsorbuje toplotu i zatim je skladišti, dok reverzna reakcija oslobađa toplotu, omogućavajući zgradi da je koristi.
Docent ME Akanksha Menon je zainteresovana za skladištenje toplotne energije od kada je počela da radi na svom doktoratu. Kada je stigla na Georgia Tech i pokrenula Laboratoriju za istraživanje vode i energije (VERL), uključila se ne samo u razvoj tehnologije i materijala za skladištenje već i u pronalaženju načina da ih integriše u zgradu. Mislila je da bi razumevanje osnovnih materijalnih izazova moglo da se prevede u stvaranje boljeg skladištenja.
„Shvatila sam da postoji toliko stvari koje ne razumemo, na naučnom nivou, o tome kako ovi termohemijski materijali funkcionišu između prednje i reverzne reakcije“, rekla je ona.
Reakcije Menon radi sa upotrebom soli. Svaki molekul soli može zadržati određeni broj molekula vode u svojoj strukturi. Da bi pokrenuli hemijsku reakciju, istraživači dehidriraju so toplotom, tako da ona izbacuje vodenu paru kao gas. Da bi preokrenuli reakciju, oni hidriraju so vodom, prisiljavajući ekspanziju strukture soli da bi se prilagodili tim molekulima vode.
Zvuči kao jednostavan proces, ali kako se ovaj proces širenja/sažimanja dešava, so se sve više opterećuju i na kraju će mehanički otkazati, na isti način na koji litijum-jonske baterije imaju samo toliko ciklusa punjenja-pražnjenja.
„Možete da počnete sa nečim što je lepa sferna čestica, ali nakon što prođe kroz nekoliko ovih ciklusa dehidracije-hidratacije, ona se samo raspada na sitne čestice i potpuno usitnjava ili se prekomerno hidrira i aglomerira u blok“, objasnio je Menon.
Ove promene nisu nužno katastrofalne, ali čine so neefikasnom za dugotrajno skladištenje toplote jer se kapacitet skladištenja smanjuje tokom vremena.
Menon i njen učenik, Erik Barbosa, dr. student u ME, počeo da kombinuje soli koje reaguju sa vodom na različite načine. Nakon testiranja šest soli tokom dve godine, pronašli su dve koje su se dobro nadopunjavale. Magnezijum hlorid često ne uspe jer apsorbuje previše vode, dok se stroncijum hlorid veoma sporo hidrira. Zajedno, njihova ograničenja mogu obostrano koristiti jedno drugom i dovesti do poboljšanog skladištenja toplote.
„Nismo planirali da mešamo soli; to je bio samo jedan od eksperimenata koje smo pokušali“, rekao je Menon. „Onda smo videli ovo interaktivno ponašanje i proveli celu godinu pokušavajući da razumemo zašto se to dešava i da li je to nešto što bismo mogli da generalizujemo da koristimo za skladištenje toplotne energije.“
Menon tek počinje sa ovim istraživanjem. Njen sledeći korak je razvoj struktura koje mogu da sadrže ove soli za skladištenje toplote, što je fokus projekta Energi Earthshots.
Planirana je i demonstracija na nivou sistema, gde je jedno rešenje punjenje bubnja solima u reaktoru sa punim slojem. Tada bi vrući vazduh strujao preko soli, dehidrirao ih i efikasno punio bubanj kao baterija. Da bi se oslobodila ta uskladištena energija, vlažan vazduh bi se duvao preko soli da bi se kristali rehidrirali.
Naknadno oslobođena toplota se može koristiti u zgradi umesto fosilnih goriva. Dok je za pokretanje reakcije potrebna električna energija, to bi moglo doći iz van vršnog perioda (višak obnovljive električne energije) i uskladištena toplotna energija bi se mogla koristiti u vršnim trenucima. Ovo je fokus još jednog tekućeg projekta u laboratoriji.
Na kraju, ova tehnologija bi mogla da dovede do energetskih rešenja prihvatljivih za klimu. Osim toga, za razliku od mnogih alternativa kao što su litijumske baterije, so je široko dostupan i isplativ materijal, što znači da bi njena primena mogla biti brza. Skladištenje toplotne energije na bazi soli može pomoći u smanjenju emisije ugljenika, što je vitalna strategija u borbi protiv klimatskih promena.
