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前瞻技術脈動:能源技術(202405)

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科技產業資訊室 - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2024年3月8日
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圖、前瞻技術脈動:能源技術(202405)

紐約潮汐能計畫幫助研究人員探索再生能源技術的可回收材料
流行的環氧樹脂,一旦它們被加熱形成堅固、耐用的刀片,就不能輕易轉化和回收。研究人員設計了一種稱為熱塑性樹脂的新型材料,它不僅更容易回收,而且更適合在東河的腐蝕性鹽水或任何其他有前途的潮汐能場所中生存。

美國國家可再生能源實驗室(NREL)透過其羅斯福島潮汐能計畫與潮汐能公司Verdant Power合作。Verdant Power的設備配備了三台渦輪機(兩台由傳統環氧樹脂製成,一台由NREL熱塑性樹脂製成),創下了美國該行業的紀錄,發電量約為每小時312 MW,是所有海洋能源項目中第二高的發電量,並且足夠為大約一千個家庭供電。

熱塑性複合材料葉片不僅在部署中倖存下來,而且該材料也保留了其部署前的所有強度。即使刀片在河中倖存下來,研究團隊也希望找到它們的斷裂點。儘管熱塑性塑膠被視為一種為風力和潮汐渦輪機葉片製造更具永續性、可回收複合材料的潛在方法,但這些材料可能不是所有能源應用的最佳選擇。
參考資料:New York tidal energy project helps researchers explore recyclable materials for renewable energy tech. TechXplore, 2023/10/20.


 一呼一吸地熱裂壓:效率為200%的地球電池 
永續的儲能技術往往成本高昂,導致偏遠地區的能源需求常被忽視。Sage Geosystems 開創了一種新型廉價能源儲存技術「EarthStore」,在高壓下將其泵入廢棄油井地下深處的岩石中,然後讓它以70%的效率噴射回來——如果還收集熱能,則效率可達到200%。

Sage 現已使用德州的一座舊油井測試該系統,證明往返效率為70-75%,測得的流體損失僅為1-2%,並且沒有檢測到誘發地震活動。Sage 表示,如果將其用作負載追蹤快速釋放系統,那麼單口井可以透過這種方式產生大約3 MW的最大輸出,或者它可以以更精確的方式釋放能量,透過該系統提供18個小時多的電力。地底(2,400 公尺和 3,400 公尺)的熱量不僅會增加水回沖的壓力,從而驅動渦輪機,而且還有機會透過熱交換器來收集熱量,這樣最終會獲得更多的電量(地球電池)會比投入的電量還要多。Sage 表示,就均化儲存成本(LCoS) 而言,EarthStore 解決方案本身應該比鋰離子電池或抽水蓄能更便宜。事實上,作為在高峰時段穩定電網的一種方式,它有望在成本上具有競爭力。
參考資料:Huff 'n' puff geothermal fracking: Earth batteries at 200% efficiency. NewAtlas, 2023/10/04.


一種可能更便宜、更「酷」的氫氣運輸方式
目前氫能的儲存面臨儲存量小、成本高、不利長期儲存的缺點,使得廣泛採用仍面臨挑戰。日本九州大學國際碳中和能源研究所的研究人員已經開發出一種新材料,能更有效且成本較低地儲存氫能源。

此新型氫能源儲存材料甚至能在室溫下保存長達三個月,且以鎳為基,成本相對較低。研究人員表示:「我們致力於開發能儲存和運輸氫能源的新材料。氣態運輸需耗巨大能源,儲存和運輸的替代辦法是分解氫原子成電子和質子。」

「受自然界啟發,氫化酶可將氫轉為質子和電子,室溫下儲存能源,我們透過研究這些酶成功開發新化合物。」新化合物不僅能在室溫下提取和儲存電子,更能自身催化提取電子,且能儲存三個月,其中重要成分鎳成本比過去常用的原料,如鉑、銠或銥更低廉。未來研究團隊將與工業界合作,將新發現應用於實際領域,持續改進儲存效率和使用更便宜金屬的可行性。希望這些發現有助實現碳中和,建設環保未來。
參考資料:A potentially cheaper and 'cooler' way to transport hydrogen. TechXplore, 2023/10/26.


提高熱電化學電池效率
當家庭或工業環境中的電力未使用時,它會以熱能的形式消散。熱能收集的概念已經出現,透過利用廢熱和人體熱量中的電力來抵消能源枯竭和應對氣候危機已成為一種可能的解決方案。

然而,這些以電化學方式將熱能轉化為電能的電池由於能量轉換效率低且依賴鉑金等貴金屬催化劑而面臨重大挑戰,阻礙了其商業可行性。研究團隊還在熱電化學電池中引入了由鐵、氮和碳組成的催化劑(Fe-NC)。這種催化劑經常用於氫汽車燃料電池,作為昂貴的鉑催化劑的替代品,首次代表了在熱電化學電池中的應用。在測試中,這些電池的能量轉換效率是傳統電池的兩倍以上,同時生產成本降低了3,000倍。(1494字;圖1)
參考資料:Enhancing thermo-electrochemical cell efficiency. TechXplore, 2023/11/06.


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