Jeremy Munday, a Kaliforniai Egyetem Elektro- és Számítástechnikai Mérnöki Kar kutatója egy napon feltette a kérdést: mi lenne, ha a napelemek éjszaka is működhetnének? Ötletét eleinte agya távoli szegletébe száműzte, idővel mégis engedett alkotói késztetésének, és megalkotta az elképzelhetetlent.
Munday képzeletében egy speciális fotovoltaikus cella kelt éltere, amely képes lehet éjszaka négyzetméterenként 50 W elektromos áramot termelni. (A negyedét annak, amit nappali fényben egy normál napelem lead.) Kollégájával, Tristan Depp-pel ezért olyan éjjeli napelemek kidolgozásába kezdtek, melyek előállíthatják az egyébként nem túl nagy mennyiségű energiát, idővel pedig hatékonyságuk növelhető – olvasható az AC Photonics szakfolyóiratban.
Az éjszakai napelem a nappalihoz hasonló elven működik, csak éppen az éjjel kisugárzó hőt használja energianyerésre. Merthogy valamennyi tárgy, amely nappal a besugárzás során felmelegszik, éjszaka adja vissza az elnyelt hő egy részét, infravörös sugárzás formájában. A hűtési módszer nem újdonság, bizonyos helyeken használják például a gépek működése során keletkező hulladékhő hasznosítására.
„Más anyagokat kell felhasználni, de a fizikai alapelv azonos a normál napelemekével” – magyarázza Munday. Persze az eszköz nappal is működőképes, amennyiben védve van a beérkező napsugárzástól. Sőt, akár az energiahálózat nappali és éjszakai időszaka közt is egyensúlyt teremthet.
évek óta tudják, mekkora lehetőség a megújuló energia
2013-at írtunk, amikor a Stanford Egyetem kutatói létrehoztak egy napelemből és üzemanyagcellából álló párosítást, mellyel elérhető, hogy a napelem éjszaka is termeljen áramot. A napelemből, vízbontóból és üzemanyagcellából álló rendszer éjjel-nappal üzemel: nappal az áram egy része a fogyasztóhoz megy, másik része a vízbontóba kerül. Éjszaka a napelem háttérbe szorul, olyankor a hidrogént felhasználva az üzemanyagcella adja le az áramot. A cellában a hidrogén vízmolekulát képez az oxigénnel, miközben elektromos áramot termel. Az eszköz persze nappal is működtethető, amikor a felhasználó több áramot használna, mint amennyit a napelem önmagában megtermel.
A folyamat teljes egészében fenntarthatóan zajlik, károsanyag-kibocsátás nélkül. „Így minimalizálhatjuk a kőszénen vagy földgázon alapuló energiatermelést” – mondja Hong Jie Dai, a Stanford kémiaprofesszora, a tanulmány vezető szerzője.
Főszerepben a nikkel
Azért övezi egyre nagyobb érdeklődés a vizes áramtermelést, mert tiszta és lényegében kimeríthetetlen energiaforrás. A vízbontók és az üzemanyagcellák elterjedésének egykori legnagyobb akadálya ugyanis költséges használata volt, mivel platinával működtek.
„A napelemeknél használt olcsó szilícium az elektródák ideális alapanyaga lehetne, csakhogy az elektrolitoldatba merítve azonnal degradálódni kezd” – mondta Michael J. Kenney, a tanulmány társszerzője. A Stanford egy másik kutatócsoportja évek óta dolgozik a megoldáson, és végül rátaláltak a nem korrodálódó nikkelre, amely viszonylag olcsón rendelkezésre áll, és oxigénképző katalizátorként viselkedik.
„A nikkelbevonat nemcsak véd a korrózió ellen, de katalizátorként felgyorsítja a dolgokat, a vízbontás ugyanis nagyon lassú folyamat” – mondja Dai. Hozzátette: Edison óta használnak lítiumot a nikkelakkumulátorok hatásfokának javítására, ezért izgalmas volt látni, hogy a régi trükk a vízbontás során is működik.