Fungování geotermální baterie. Kredit: Tokyo Tech.

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.

Sachiko Matsushita. Kredit: Tokyo Tech.

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.

Tokyo Institute of Technology, logo.

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.