Vedci vytvorili najčiernejší materiál na svete. Dokáže pohltiť 99,5 % svetla a môže zmeniť výrobu energie
Nový materiál dosahoval účinnosť až 99,5% bez známok rýchlej degradácie.
Na Baskickej univerzite (EHU) vznikol materiál, ktorý by mohol zásadne zmeniť spôsob, akým získavame solárnu energiu. Tím výskumníkov otestoval nové „ultračierne“ nanovlákna z medi a kobaltu, ktoré dokážu pohltiť až 99,5 % dopadajúceho svetla. Pre koncentrované solárne elektrárne, ktoré využívajú zrkadlá na sústredenie slnečných lúčov na jeden bod, ide o zásadný posun.
Koncentrované solárne elektrárne (CSP – Concentrated Solar Power) fungujú na jednoduchom princípe. Stovky zrkadiel odrážajú lúče Slnka na vrchol vysokej veže, kde sa energia premieňa na teplo. Toto teplo sa uchováva v špeciálnych soľných zmesiach, ktoré ho dokážu udržať celé hodiny. Vďaka tomu môže elektráreň vyrábať energiu aj vtedy, keď Slnko zapadne.
Kľúčom k efektívnemu fungovaniu týchto veží je však materiál, ktorý energiu pohlcuje. Čím černejší a tepelne odolnejší je, tým viac svetla dokáže zachytiť a premeniť na teplo. Práve tu sa doteraz skrýval problém, bežné materiály ako „čierny kremík“ síce absorbujú asi 95 % svetla, no pri vysokých teplotách rýchlo degradujú. Ešte černejšie uhlíkové nanorúrky zvládnu okolo 99 %, ale vlhkosť a extrémne teplo ich doslova rozkladajú.
Nanoneedles, nový rekordér v pohlcovaní svetla
Vedci z EHU v spolupráci s Kalifornskou univerzitou v San Diegu preto siahli po inom prístupe. Vyrobili nanoneedles, drobné ihličky z medi a kobaltu, ktoré sa správajú ako mikroskopický les. Svetlo doň vstúpi, ale neodrazí sa späť.
Výsledky testov sú ohromujúce. Tieto ihličky pohlcujú 99 % svetla, a keď sa potiahnu tenkou vrstvou dopovaného oxidu zinočnatého (ZnO), ich účinnosť stúpne na 99,5 %. Dopovanie znamená, že sa do ZnO pridá malé množstvo inej látky, aby sa zvýšila jeho vodivosť. Tým sa nielen zlepší absorpcia svetla, ale aj prenos tepla. Do budúcnosti sa otvára možnosť, že by materiál mohol priamo generovať elektrinu na povrchu veže.
Neprehliadni
„Zistili sme, že nanoneedles pohlcujú viac svetla ako uhlíkové nanorúrky. A keď ich pokryjeme dopovaným ZnO, ich účinnosť ešte stúpne,“ vysvetľuje vedec Iñigo González de Arrieta z EHU.
Materiál, ktorý vydrží aj tam, kde ostatné zlyhávajú
Rozdiel oproti predchádzajúcim riešeniam je v stabilite. Kým uhlíkové nanorúrky sa pri vysokých teplotách doslova „vypaľujú“, medeno-kobaltové nanoneedles sú stabilné aj pri extrémnych podmienkach. To je zásadné pre solárne veže, kde teplota na absorpčnom povrchu bežne prekračuje 600 °C.
Materiály používané dnes, napríklad čierny kremík, strácajú časť schopnosti absorbovať svetlo práve pri týchto teplotách. Nový materiál by tak mohol nielen zvýšiť výkon elektrární, ale aj predĺžiť ich životnosť a znižiť prevádzkové náklady.
Čistejšia energia pre budúcnosť
Hoci koncentrované solárne elektrárne zatiaľ pokrývajú len asi 5 % španielskej spotreby energie, potenciál je obrovský. Na rozdiel od klasických solárnych panelov dokážu CSP zariadenia uchovávať teplo a vyrábať elektrinu aj v noci.
„Táto energia je úplne čistá a využiteľná 24 hodín denne,“ hovorí González de Arrieta: „Slnečné teplo sa používa na tavenie špeciálnych solí, ktoré potom držia energiu celé hodiny. Túto tepelnú energiu možno neskôr opäť premeniť na elektrinu.“
Tím z EHU plánuje pokračovať v experimentoch a skúmať, ako zlepšiť vodivosť povrchu nanoneedles bez zníženia ich absorpčnej schopnosti. Cieľom je vyvinúť materiál, ktorý bude nielen takmer dokonale čierny, ale aj efektívne rozvedie teplo po celej ploche veže.
Ak sa podarí tieto materiály zaviesť do praxe, solárne veže by sa mohli stať jedným z najstabilnejších zdrojov obnoviteľnej energie na svete. A možno aj dôkazom, že čierna farba môže byť – paradoxne – symbolom zelenej budúcnosti.
