Ingenjörer vid University of Wisconsin-Madison tänder ett ljus på lovande nya strategier för lagring av solenergi. Insatserna kan hjälpa till att övervinna en stor begränsning av energiproduktion från solkällor - nämligen hur man hänger med efterfrågan på el när solen går ner.

"Eftersom förnybar energi tar en större roll i vårt elnät, lagring och leverans på begäran är avgörande, "säger Thatcher Root, professor vid Institutionen för kemisk och biologisk teknik.

Förnybara källor stod för nästan en fjärdedel av världens elproduktion 2017, och solenergikapaciteten har ökat med en årlig hastighet på ungefär 51 procent under det senaste decenniet. Tyvärr, konsumenternas efterfrågan på elektricitet toppar vanligtvis på kvällen, Solenergiproduktionen är mest effektiv när solen står högt på himlen under middagstid.

Det där fel är varför solkraftverk behöver bättre system för att lagra solenergi-helst något kostnadseffektivt och effektivt. Att integrera värmelagring i samlingsgenereringssystemet kan vara bättre än att lägga till batterier eller annat, separata lagringssystem.

Detta tillvägagångssätt kan vara särskilt användbart för en teknik för förnybar energi som kallas koncentrera solenergi (CSP), som för närvarande används på nästan 20 anläggningar i USA. Växterna samlar värme från solljus under dagen och utnyttjar energin för att generera ånga för att driva en turbin för elproduktion. Med viss omsorg, solenergin som samlas in under dagen kan lagras som termokemisk energi - lagrad i kemiska bindningar - för nattetid.

Rot- och doktorand Elise Gilcher, som får råd av James Dumesic, Ernest Micek Distinguished Chair i kemisk och biologisk teknik, hanterar lagringsproblemet genom att utveckla bättre katalysatorer - material som påskyndar kemiska reaktioner utan att bli förbrukade och omvandlas till nya produkter. Arbetet kommer också att vägledas av Milton J. och A. Maude Shoemaker och Beckwith-Bascom professor Thomas Keuch en annan fakultetsmedlem inom avdelningen för kemisk och biologisk teknik som är världsberömd för bidrag till katalysforskning.

Några av de nyaste CSP -anläggningarna använder smält salt för att lagra energi, men UW-Madison ingenjörer har identifierat effektivare metoder. Ett lovande alternativ kan vara att använda ett reversibelt metanreformeringssystem, som beskrivs i en artikel publicerad den 13 april, 2017, i tidningen Grön kemi . Dess författare inkluderar Xinyue Peng (en doktorand i Roots lab), Rot, och Vilas Distinguished Achievement Professor och Paul A. Elfers Professor i kemisk och biologisk teknik Christos Maravelias.

Metan termokemisk energilagring gångjärn på katalysatorer för att hjälpa reaktionerna som används för att lagra och släppa ut värme, och befintliga system har ett stort problem. Över tid, kolbildning på katalysatorernas ytor (en process som kallas "koksning"), gör dem värdelösa.

"Vi behöver katalysatorer som inte kokar upp, säger Root.

För att ta itu med problemet, arbetar med att kemiskt modifiera katalysatorer genom att applicera en speciell anti-koksbeläggning på de metalliska katalysatorerna med användning av en process som kallas atomlageravsättning. Insatsen hämtar inspiration från tidigare forskning som stod i spetsen för Keuch och Dumesic, som visade att avlagring av atomskikt är lämpligt för katalysatorer i biobränsleapplikationer. Gilcher kommer att ändra förfarandena för olika katalysatorer som är vanligare i metanreformationsanläggningar.