Problemy otwarte: Kluczowe wyzwania w badaniach nad czystą energią

Problem 1: Magazynowanie na dużą skalę umożliwiające rozwój energetyki słonecznej i wiatrowej

Czego świat potrzebuje do rozwiązania tego problemu:

Opis

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.

Kliknij, aby dowiedzieć się więcej:

Kto nad tym pracuje:

Problem 2: Lepsze, bardziej zrównoważone i (jeszcze) tańsze akumulatory do samochodów osobowych i ciężarowych

Czego świat potrzebuje do rozwiązania tego problemu:

Opis

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. Prace nad stworzeniem dobrze działających akumulatorów z mniejszą ilością kobaltu lub bez niego są również istotne. To dlatego, że kobalt jest zarówno niezrównoważony, jak i drogi w przypadku zapotrzebowania na duże ilości.

Kliknij, aby dowiedzieć się więcej:

Kto nad tym pracuje:

Problem 3: Wodór z energii elektrycznej: tanio i skutecznie

Czego świat potrzebuje do rozwiązania tego problemu:

Opis

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 o temperaturze pokojowej, musi być sprężony. Proces sprężania musi więc również zostać zoptymalizowany i potencjalnie bezpośrednio zintegrowany z elektrolizą.

Kliknij, aby dowiedzieć się więcej:

Kto nad tym pracuje:

Problem 4: Obniżenie kosztów energii jądrowej i szybsza budowa reaktorów

Czego świat potrzebuje do rozwiązania tego problemu:

Opis

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 motywacja do budowy nowych.

Kliknij, aby dowiedzieć się więcej:

Kto nad tym pracuje:

Problem 5: Popularyzacja energii jądrowej oraz wspieranie polityki i finansowania badań naukowych sprzyjających energii jądrowej, zwłaszcza w gospodarkach rozwijających się

Czego świat potrzebuje do rozwiązania tego problemu:

Opis

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!

Kliknij, aby dowiedzieć się więcej:

Kto nad tym pracuje:

Problem 6: Recykling odpadów jądrowych w reaktorach powielających

Czego świat potrzebuje do rozwiązania tego problemu:

Opis

Odpady nuklearne mogłyby teoretycznie zostać ponownie wykorzystane jako paliwo do innego typu reaktora, zwanego reaktorem „powielającymu0022. Byłoby to świetne rozwiązanie z kilku powodów: kosztów, dostępności paliwa i oczywiście mniejszej ilość odpadów. Jednak technologia ta nie jest jeszcze sprawdzona i wymaga więcej pracy, aby została wprowadzona w życie.

Kliknij, aby dowiedzieć się więcej:

Kto nad tym pracuje:

Problem 7: Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne, których jest pod dostatkiem na Ziemi: tańsze i zrównoważone?

Czego świat potrzebuje do rozwiązania tego problemu:

Opis

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.

Kliknij, aby dowiedzieć się więcej:

Kto nad tym pracuje:

Problem 8: Recykling paneli słonecznych

Czego świat potrzebuje do rozwiązania tego problemu:

Opis

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.

Kliknij, aby dowiedzieć się więcej:

Problem 9: Turbiny pływające

Czego świat potrzebuje do rozwiązania tego problemu:

Opis

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.

Kliknij, aby dowiedzieć się więcej:

Kto nad tym pracuje:

Problem 10: Sztuczna fotosynteza

Czego świat potrzebuje do rozwiązania tego problemu:

Opis

A 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.

Kliknij, aby dowiedzieć się więcej:

Kto nad tym pracuje:

Problem 11: Tańszy wodór z elektrolizy

Czego świat potrzebuje do rozwiązania tego problemu:

Opis

Tańsze elektrolizery i bardziej wydajne technologie sprężania wodoru mogłyby sprawić, że wodór stałby się popularnym i wszechstronnym nośnikiem magazynowania energii.

Kliknij, aby dowiedzieć się więcej:

Kto nad tym pracuje:

Problem 12: Sprawić, by fuzja jądrowa w tokamaku działała

Czego świat potrzebuje do rozwiązania tego problemu:

Opis

Istnieje wiele otwartych problemów związanych z reaktorami fuzyjnymi 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.

Kliknij, aby dowiedzieć się więcej:

Kto nad tym pracuje:

Problem 13: Sprawić, aby inne metody fuzji działały

Czego świat potrzebuje do rozwiązania tego problemu:

Opis

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 badać. Poniżej wymienimy niektórych z nich.

Kliknij, aby dowiedzieć się więcej:

Kto nad tym pracuje: