Problemy otwarte: Kluczowe wyzwania w badaniach nad czystą energią

6 minute read

Zaktualizowano Wed Mar 03 2021

Istnieje ogromna liczba otwartych problemów i potencjalnych technologii. Wymienimy tu tylko kilka z nich. Co więcej, ekonomiczne i polityczne dyskusje wokół takich tematów jak podatek od emisji CO₂ są ściśle powiązanymi problemami otwartymi, ale nie są poruszane w tym rozdziale.

Magazynowanie energii

Problem: Large-scale storage to enable solar and wind growth

What the world needs to solve this problem:

brain

money

awareness

Description:

Aby wdrożyć na dużą skalę zróżnicowane źródła energii, takie jak energia słoneczna i wiatrowa, musimy magazynować energię od jej wytworzenia do chwili, gdy jest potrzebna do użycia. Istnieje wiele różnych technologii magazynowania, od różnych akumulatorów po magazynowanie termiczne, sprężone powietrze i elektrownie szczytowo-pompowe. Obniżenie kosztów oraz zwiększenie wydajności i skalowalności tych systemów ma kluczowe znaczenie dla sukcesu odnawialnych źródeł energii. Technologie te muszą stać się o wiele tańsze i bardziej wydajne, aby umożliwić zastosowanie na dużą skalę energii słonecznej i wiatrowej.

Click to learn more:

Who is working on this:

Problem: Better, more sustainable, and (even) cheaper batteries for cars and trucks

What the world needs to solve this problem:

brain

money

awareness

Description:

W miarę jak pojazdy elektryczne zyskują na popularności, a elektryfikacja nabiera tempa, prace nad akumulatorami stają się coraz bardziej pilne. Chcemy, aby akumulatory miały dłuższą żywotność, były jeszcze prostsze i tańsze w produkcji oraz charakteryzowały się lepszą wydajnością. Ważne są również prace nad stworzeniem dobrze działających akumulatorów z mniejszą ilością kobaltu lub bez niego.. Wynika to z tego, że kobalt jest zarówno nieekologiczny, jak i drogi, jeśli używany jest na dużą skalę.

Click to learn more:

Who is working on this:

Problem: Hydrogen from electricity: cheap and efficiently

What the world needs to solve this problem:

brain

money

awareness

Description:

Wodór mógłby zastąpić paliwa oparte na węglu w samolotach i statkach, a w samochodach być może mógłby konkurować z akumulatorami... gdybyśmy tylko potrafili go wydajnie wytwarzać. Koszt odnawialnej energii elektrycznej jest tu tylko częścią równania. Elektrolizery, urządzenia, które wytwarzają wodór z wody, muszą stać się tańsze. Ponieważ wodór jest gazem w temperaturze pokojowej, musi być sprężony. Proces sprężania musi więc również zostać zoptymalizowany i potencjalnie bezpośrednio zintegrowany z elektrolizą.

Click to learn more:

Who is working on this:

Energia jądrowa

Problem: Make nuclear cheaper and build reactors faster

What the world needs to solve this problem:

brain

money

awareness

Description:

Średnia czasu budowy w 2018 roku wyniosła osiem i pół roku. W naturalny sposób zwiększa to ryzyko finansowe i polityczne budowy nowych reaktorów. Im tańsze i szybsze są reaktory, tym większa jest zachęta do budowy nowych.

Click to learn more:

Who is working on this:

Problem: Make nuclear popular & encourage pro-nuclear-research policies and funding, especially in growing economies

What the world needs to solve this problem:

brain

money

awareness

Description:

Energia jądrowa jest niewiarygodnie bezpiecznym i niskoemisyjnym źródłem energii. Energia jądrowa budzi sprzeciw ze względu na rzadkie, ale bardzo widoczne wypadki. W obliczu tak poważnego wyzwania, jakim są zmiany klimatu, warto dokładnie rozważyć nasze opcje. Nie chcemy przecież podejmować decyzji w sposób irracjonalny i przegapić czegoś wspaniałego!

Click to learn more:

Who is working on this:

Problem: Recycle nuclear waste in breeder reactors

What the world needs to solve this problem:

brain

money

awareness

Description:

Odpady nuklearne mogłyby teoretycznie zostać ponownie wykorzystane jako paliwo do innego typu reaktora, zwanego reaktorem „powielającym". Byłoby to świetne rozwiązanie z kilku powodów: koszty, dostępność paliwa i oczywiście mniejsza ilość odpadów. Jednak technologia ta nie jest jeszcze sprawdzona i wymaga więcej pracy, aby stała się rzeczywistością.

Click to learn more:

Who is working on this:

Energia słoneczna

Problem: Earth-abundant thin-film solar: cheaper & sustainable?

What the world needs to solve this problem:

brain

money

awareness

Description:

Cienkowarstwowe panele słoneczne są rodzajem technologii fotowoltaicznej. Dzisiejsze komercyjne cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne są wykonane z rzadkich pierwiastków, co oznacza, że nie możemy zbudować ich zbyt wiele. Najnowsze prace nad nimi mają na celu wykorzystanie materiałów, które są powszechniejsze na Ziemi. Ostatecznie, ogniwa te mogłyby być tańsze, bardziej zrównoważone i wydajniejsze niż dzisiejsze komercyjne technologie krzemowe i cienkowarstwowe.

Click to learn more:

Who is working on this:

Problem: Recycling of solar panels

What the world needs to solve this problem:

brain

money

awareness

Description:

Zasoby, które oferuje nam nasza planeta są ograniczone, a niektóre z tych wykorzystywanych w fotowoltaice są szczególnie rzadkie. Żywotność paneli słonecznych wynosi około 25 lat. Po tym czasie musielibyśmy je wymienić na nowe. Powoduje to dwa problemy: 1) stare panele stają się odpadami i 2) do budowy nowych paneli potrzebne są surowce. Smutna rzeczywistość jest taka, że obecnie większość e-odpadów z krajów rozwiniętych jest nieodpowiedzialnie eksportowana do krajów rozwijających się i tam wyrzucana. Możliwość przystępnego cenowo recyklingu materiałów ze starych paneli i produkcji z nich nowych mogłaby rozwiązać te problemy.

Click to learn more:

Energia wiatrowa

Problem: Floating turbines

What the world needs to solve this problem:

brain

money

awareness

Description:

Współczesne morskie elektrownie wiatrowe mogą być budowane jedynie blisko wybrzeża. Niestety, wiatry blisko wybrzeża są wolniejsze i mniej stałe niż na otwartym oceanie. Pływające turbiny wiatrowe mogłyby być zakotwiczone do dna morskiego za pomocą długich stalowych lin, co pozwoliłoby na umieszczenie ich na znacznie głębszych wodach. Tam wiatry są silniejsze i bardziej spójne. Na całym świecie prowadzone są próby tej technologii.

Click to learn more:

Who is working on this:

Pomysły badawcze na wczesnym etapie, które mogą zadziałać

Problem: Artificial Photosynthesis

What the world needs to solve this problem:

brain

money

awareness

Description:

A co jeśli moglibyśmy robić to, co robią rośliny, aby uzyskać energię, tylko lepiej? Naukowcy pracują nad technologiami, które bezpośrednio zamieniają wodę, światło słoneczne i powietrze w H₂ i O₂, a nawet w paliwa podobne do tych, których używamy obecnie w samochodach. Dzięki temu moglibyśmy używać paliw ciekłych, do których przyzwyczaiło się nasze społeczeństwo, ale produkować je w sposób zrównoważony.

Click to learn more:

Who is working on this:

Problem: Cheaper Hydrogen from Electrolysis

What the world needs to solve this problem:

brain

money

awareness

Description:

Tańsze elektrolizery i bardziej wydajne technologie sprężania wodoru mogłyby umożliwić wodorowi stanie się popularnym i wszechstronnym nośnikiem magazynowania energii.

Click to learn more:

Who is working on this:

Problem: Make Tokamak Fusion Work

What the world needs to solve this problem:

brain

money

awareness

Description:

Istnieje wiele otwartych problemów w reaktorach fuzyjnych typu tokamak. To, że obecnie zużywają one więcej energii niż produkują jest tylko jednym z nich i potencjalnie tym, do którego rozwiązania zbliżyliśmy się najbardziej. Wytwarzanie trytu z deuteru, litu-6 i neutronów pochodzących z reakcji fuzji jądrowej jest trudne i wymaga dalszych badań. Kolejnym problemem jest ochrona reaktora podczas pracy. Rozwiązania tych problemów muszą być połączone z systemem pozyskiwania energii z szybko poruszających się neutronów.

Click to learn more:

Who is working on this:

Problem: Make other fusion methods work

What the world needs to solve this problem:

brain

money

awareness

Description:

W nauce o fuzji jądrowej jest wiele pomysłów, nie tylko tokamaki. Choć wiele z nich jest mało prawdopodobnych do zrealizowania w najbliższej lub trochę dalszej przyszłości, a może nawet kiedykolwiek, to wciąż warto je zbadać. Poniżej wymienimy niektórych z nich.

Click to learn more:

Who is working on this:

Następny rozdział