De zoektocht naar zonnebatterijen – dé oplossing voor schone energie

De zon straalt genoeg energie uit om de wereld van de benodigde hoeveelheid elektriciteit te voorzien, maar van al onze vooruitgang met duurzame energie is een van de meest frustrerende obstakels naar een wereld zonder uitstoot het gemis van een goede zonnebatterij.

Zonnepanelen worden geprezen als een makkelijke, betaalbare stap richting het verminderen van de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen voor elektriciteit in steden. Maar op dit moment kunnen zonnepanelen alleen maar elektriciteit op aanvraag produceren. Ze kunnen energie opslaan, maar niet genoeg om de lichten aan te laten tijdens bewolkte dagen of lange winternachten, vertelde Nate Lewis, hoofd van een zonne-energie initiatief aan de California Institute of Technology.

Hoewel wetenschappers en ingenieurs goedkopere en efficiëntere zonnepanelen maken, blijft de mogelijkheid om deze energie op te slaan voor wanneer de zon niet schijnt het grote probleem, zegt Song Jin, hoogleraar aan de University of Wisconsin, wiens team een betere batterij probeert te ontwikkelen.

Lewis vertelde dat de beste batterij tot nu toe 200 watturen per liter opslaat, net genoeg energie om een waterkoker zo'n twee weken te gebruiken, terwijl een liter benzine ongeveer 12,000 watturen opslaat (genoeg om dezelfde waterkoker zo'n tweeënhalf jaar te gebruiken). Als je kijkt naar de potentie, is dit hetzelfde als een motor vergelijken met een driewieler – ze zitten niet eens in dezelfde klasse.

"Het probleem van veel vormen van duurzame energie die periodiek zijn (zon, wind, etc.) is dat het elektriciteitsnet er instabiel door wordt," als steden teveel op ze rekenen, vertelde Song aan Motherboard. Dus het krachtiger maken van deze technologie is net zo belangrijk als het plaatsen van zonnepanelen in meer gebieden.

Maar om de uitstoot van broeikasgassen die de oorzaak van klimaatverandering zijn te verminderen, kijken onderzoekers naar een oplossing voor het probleem van energieopslag. Sommige laboratoria gebruiken zonlicht om water in zuurstof en waterstof te scheiden, in de hoop waterstof te verbranden als een schone energiebron. Andere laboratoria gebruiken een tegenovergestelde fotosynthese, waarbij speciaal ontworpen chlorofyl reageert met zonlicht om biobrandstoffen te creëren.

Lithium-ionbatterijen zijn de meest gebruikte batterijen (denk aan de batterijen in je zaklamp en afstandsbediening), maar onderzoekers werken ook aan andere batterijen voor het opslaan van zonne-energie, vertelde Lewis.

Redox-flow-batterijen worden het meest gekozen voor het opslaan van elektriciteit van zonnepanelen, vertelt hij. Ze werken door reactanten van twee opslagtanks samen te laten komen in een centraal gebied waar een reactie plaatsvindt. Het resultaat van deze reactie wordt in verschillende containers gestort. Dit is heel anders dan bij normale batterijen, want het geheel is vrij groot en de producten en reactanten worden niet allemaal op dezelfde manier als bij een lithium-ionbatterij opgeslagen.

Jin's team werkt aan een betere redox-flow-batterij door gebruik te maken van vloeibare elektrolyten, waarvan hij zegt dat ze meer energie kunnen opslaan. Hij heeft in principe een zonnecel gemaakt die energie direct overdraagt aan de batterij, in plaats van eerst elektriciteit te moeten opwekken om op te slaan in een batterij.

Maar Lewis weet niet zeker of nog betere batterijen genoeg zijn – tenminste, niet batterijen zoals we die nu kennen, rechthoekig, klein en verbonden met draden. Hij vroeg zich af: wat als zonne-energie op een andere manier wordt opgeslagen?

Een mogelijk antwoord: het opslaan van zonne-energie in de vorm van brandstoffen. Hij en zijn team aan de Lewis Research Group werken aan manieren om brandstof te creëren die gebruikt kan worden in auto's, boten en elektriciteitscentrales als alternatief voor benzine en kolen. Zijn doel is om van zonne-energie brandstof te maken die heel veel watturen opslaat als gas.

"We willen alle opties open houden, en we stemmen voor de beste optie die technisch gezien haalbaar is," zei hij. "Als we dat kunnen, lossen we zowel opslagproblemen als transportproblemen op."

Hij weigerde zijn proces uit te leggen – zijn laboratorium heeft nog geen product uitgebracht – maar hij zei dat hij niet de enige wetenschapper is die hieraan werkt.

Als het aankomt op het aandrijven van huizen, auto's en bedrijven, is de zon de beste kans voor de mensheid op een wereld zonder uitstoot. Maar er moet nog veel onderzocht en ontwikkeld worden als de wereld voldoende middelen wil gebruiken.

"Het is onvermijdelijk dat we de meest intense bron die de mensheid kent – de zon – gaan gebruiken," zei Lewis. "Laten we niet wachten. Laten we het gewoon nu doen."