Jeden z největších přírodních zdrojů energie na Zemi nám podle všeho doslova leží pod nohama. Samotná naše planeta je totiž ohromnou koulí, která je plná horka. Je to energie, která si vyloženě říká o to, abychom ji využili. Tým japonských badatelů z institutu Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) a společnosti Sanoh Industrial nedávno vyvinul novou technologii, která by nám mohla posloužit k „těžbě“ geotermální energie, a která dovede přeměnit podzemní teplo přímo na elektřinu.
Většina geotermálních energetických systémů v současnosti pracuje tak, že využívá vodu ohřátou v horninách několik kilometrů pod zemí. Buď se tam taková voda vyskytuje přirozeně anebo ji geotermální systém načerpá pod zem a pak ji zase vyčerpá na povrch. Takové systémy přitom obvykle vyžadují poměrně vysoké teploty, které přesahují 180 °C.
Japonský tým vytvořil technologii, který používá pro získávání geotermální energie přímější cestu. Vyvinuli senzitizovaný termální článek (STC, sensitized thermal cell), který je schopný vyrábět geotermální elektřinu za teplot pod 100 °C, aniž by k tomu potřeboval médium, jako je voda nebo vodní pára.
STC článek je baterie, kterou tvoří tři vrstvy materiálu, umístěné mezi dvě elektrody. Jednou z nich je vrstva pro transport elektronů (ETM, electron transport layer), polovodičová vrstva z germania, a vrstva pevného elektrolytu, kde probíhá transport iontů mědi. Článek funguje tak, že se zakope do země, kde je horko, a pak vyrábí elektřinu.
Po zakopání do země okolní horko zahřeje STC článek a vyvolá excitaci elektronů v polovodičové vrstvě. Excitované elektrony se následně přesunou do vrstvy pro transport elektronů. Tato vrstva pošle elektrony do jedné z elektrod a pak do vnějšího elektrického obvodu, z něhož se případně vrátí druhou elektrodou do vrstvy elektrolytu. Tam probíhají oxidační a redukční reakce, díky nimž se elektrony o nízkých energiích opět dostanou do polovodičové vrstvy, kde celý cyklus začíná znovu.
Sachiko Matsushita a její kolegové si nejprve nebyli jistí, jak dlouho bude takový cyklus elektronů v STC článku pracovat. K jejich překvapení se ukázalo, že STC článek fungoval dlouhodobě. Tvůrci článku si myslí, že se jim podaří článek vylepšit altak, aby pracoval prakticky trvale a stal se zdrojem geotermální energie, která bývá považovaná za podřadnou, stát výtečný zdroj obnovitelné energie. Jak zdůrazňuje Matsushita, STC článek nepracuje s nebezpečným zářením, nespoléhá se na fosilní zdroje a nepodléhá výkyvům ve výkonu, které bývají typické pro solární a větrnou energetiku.
Literatura
Tokyo Tech 18. 7. 2019, Journal of Materials Chemistry A online 20. 6. 2019.
Geotermální elektrárna pumpuje CO2 pod zem a nechá ho zkamenět
Autor: Stanislav Mihulka (12.06.2016)
Na Islandu vrtají nejžhavější díru na světě
Autor: Stanislav Mihulka (03.11.2016)
Startup Hydrostor bude ukládat energii stlačováním vzduchu v zinkovém dolu
Autor: Stanislav Mihulka (17.02.2019)
Diskuze:
Sakra
Daniel Malachov,2019-08-07 18:05:45
Proklatě... už i na vědeckých portálech jsou pouze trololové
Děkuji vám pane Mihulka za jako vždy velmi pěkný článek. Z mého pohledu jste pro vědu udělal víc než většina lidí co mě učí...
Pro ostatní... nebylo by lepší hledat oblasti kde nám to může něco přinést, než jenom hledat důvody proč by to mělo být kničemu?
Zavadejici clanek
Milan Svoboda,2019-07-26 09:01:48
Tento clanek je lehce zavadejici protoze vynechava to podstatne:
The cycle dries up when the redox reactions do, because the different types of copper ions ended up in different places.
But interestingly, the team was surprised to find that the battery could fix this problem, as long as it's buried in a heat source. Then it's a matter of turning on the external circuit for a while to recharge it. This, the team says, could allow the battery to supply power "semi-permanently."
Co energetická hustota a účinnost?
Milan Štětina,2019-07-25 13:37:59
Nějak se mi to nezdá. Pokud se nevyžaduje rozdíl teplot a získává se energie, tak by to znamena porušení 2. termodynamického zákona (ten lze formulovat růyně - viz https://cs.wikipedia.org/wiki/Druh%C3%BD_termodynamick%C3%BD_z%C3%A1kon - zde mám namysli, že nelze získávat ). Pokud by to bylo tak, že jde o "solární článek" (jak píše pan Jahoda), tak energie přijatá IR zářením se zase vyzáří (protože článek sám září jako absolutně černé těleso - při stejné teplotě článku i okolí jsou obě energie stejné) a porušovalo by to zákon zachování energie.
Zákon zachování energie i termodynamické zákony jsou fundamentální a dobře prověřené zákony. To neznamená, že nemohou být špatně, ale nejprve bych hledal chybu jinde. Takže si myslím, že jde o klasický termoelektrický článek, kde je účinnost limitována carnotovým cyklem (tj. maximální dosažitelná účinnost je 1-T1/T2, přičemž teploty se zadávají v kelvinech) - i kdyby účinnost hodně vylepšili oprpti stávajícím materiálům, při malém rozdílu teplot bude pořád malá.
Re: Co energetická hustota a účinnost?
Florian Stanislav,2019-07-26 09:32:33
Souhlasím, energetický tok v okolí článku je malý. Také malé rozdíly teplot, čili malá účinnost, jak píšete. Vysoké teploty a vícevrstvý polovodič navíc s oxidačně redukčními reakcemi, to není nic věčného. Jestliže je článek malý, nemá odpadní teplo kam unikat. Tahat teplovodné výměníky do několika km pod zem bude technický problém, o životnosti a údržbě nemluvě. Pro obyčejné a tolik prozkoumané lithiové baterie je teplo a opakování chemických reakcí na rozhraní nepřítel životnosti.
Zatím je ( finanční) problém přivést odpadní teplo z Temelína po povrchu do Č.Budějovic. Takže neopravitelné technicky složité díře do země jako zdroji levné energie moc nevěřím.
Další vynález století?
Vojta Ondříček,2019-07-25 13:14:48
Takový vynález bez pohyblivých částí a bez přísunu jiné energie tedy čerpá teplo (tepelnou energii) z okolí, vytváří elektrický potenciál na elektrodách ze kterých lze odebírat elektrický proud. Proces přeměny tepelné energie na elektrickou energii je beze zrát, takže to má účinnost rovných 100%.
Článku odebraná energie tento ochladí, takže navrhuji použití do chladniček a ledniček. Stačí mít takový článek v tepelně izolovaném prostoru, článek zatížit například topnou spirálou a z onoho prostoru kolem článku je odebírána tepelná energie a asi do velmi, velmi nízkých teplot.
Jen tak na okraj
Geothermický stupeň obnáší tak kolem 55 metrů, to znamená, že teplotu 100°C lze očekávat v hloubkách kolem 90 x 55 = 4950 metrů. Pochopitelně se nemusí vrtat tak hluboko v sopečném prostoru, jako na Islandu, u Vesuvu, Etně, Stromboli, v Karlových Varech a podobně.
"zahřátí" odpadním teplem elektráren
Martin Pravda,2019-07-25 11:01:55
Než tyto články umisťovat hluboko pod zem, bylo by výhodnější jejich "zahřátí" odpadním teplem elektráren, včetně atomových.
Libor Zak,2019-07-25 09:53:29
Germanium je poměrně drahé, stejně tak zemní práce. Takže je otázkou, jak to bude s účinností. Jestli se to opět nevyplatí leda na Islandu. Rozhodně zajímavý výzkum. Šlo by použít ve vesmíru?
Na druhou stranu při přiměřené ceně za předpokladu, že to bude produkovat stabilní elektrický proud, tak je to lepší, než slunce a vítr a nezabírá to životní prostor, protože se systém nachází pod hluboko pod zemí. Pro krajinu by to bylo velmi pozitivní.
rekuperacia
Boris Lukáč,2019-07-25 08:50:29
každý má snahu vyrabať ďalšiu energiu pre spotrebiteľa. vedci by sa mali zaoberať podľa mňa aj rekuperáciou tepla/energii a ich uskladnenie.
Napr. ako uskladnenie tepla do štrkových podzemných zásobníkov v lete ,a následne využitie tohoto tepla v zime na ohrev budovy. a tak podobne ...
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
