Mot bättre energiteknik med naturen som förebild
av Claus Laurén Forum 1993-15, sida 21, 25.11.1993
Taggar: Teman: energiteknik
MOT BÄTTRE ENERGITEKNIK med naturen som förebild
Claus Lauré et kan vara värt att inled ningsvis fastslå, att de allvarligaste (och tillsvidare i grunden olösta) problemet då det gäller vår energiförsörjning, är energins lagring. Det är främst på den här punkten som förbränning och termonukleära processer visar sin starka sida, eftersom själva råvaran är lagringsbar. Tyvärr är dessa tekniker också behäftade med allvarliga miljömässiga svagheter.
Vidare kan man fastslå att den i princip vettigaste formen för energigenerering är den direktverkande solcellen. Dess stora svaghet är, som känt. den alltför låga verkningsgraden vs kostnaden, och även den relativt korta livslängden. På denna punkt sker det emellertid intressanta ting just i dag.
Alvin M. Marks är en självständigt arbetande forskare, bosatt i Massachusetts, USA. Han har till dags dato skaffat sig 121 (!) olika patent i sitt hemland, av vilka sextio ligger inom området polarisationsteknik. Mot bakgrunden av detta är det framför allt hans försök att imitera naturens egna folosyntetiska processer som känns speciellt intressanta.
SUBMIKROSKOPISK TEKNIK
Det är först under senare år. som forskarna börjat förstå hur de gröna växternas fotosyntes egentligen fungerar. Fotonernas energiinnehåll tas upp av ett slags ”antenner”. Fotonens energi förs sedan över till en elektron, som likriktas genom en diod-liknande molekylstruktur i lövet.
Proceduren påminner om det som sker i en radioantenn. där radiovågornas energi tas upp och likriktas genom en diod (i gamla tider et elektronrör). Skillnaden består i att det i det aktuella fallet rör sig om ljusenergi, och att ”antennerna” är submikroskopiska.
Utvecklingen går som känt snabbt, och principerna för den här typen av energiomvandling är i dag väl etablerad kunskap.
Stora, gröna blad är världens effektivaste solfångare. Nu vill solcellsspecialisterna imitera denna process för att få fram bättre solenergiteknologi.
Man har även lyckats framställa molekylära diodstrukturer genom kemisk syntes. Dessa kallas ”diader” (där diad står för — donor-insulator-acceptordevice) och det är detta praktiska utvecklingsarbete som representerar det nya och intressanta.
Alvin Marks har tagit fram två produkter. som fungerar utifrån de här principerna. De kallas respektive Lepcon och Lumeloid. Den ämnda är en polariserad ”film” med elektriskt ledande och likriktande egenskaper. Filmen är uppbyggd av diadiska molekyler som orienterats en enda riktning (polarisation).
HÖGGRADIG ABSORPTION
För att förtydliga vad det hela rör sig om, kan det vara skäl att repetera litet skolfysik. Om man tar två par polariserade solglasögon och lägger dem över varandra samt vrider de så att polarisationslinjerna löper vinkelrätt mot varandra, släpps nästan inget ljus igenom. Ljuset har m.a.o. absorberats av det polariserande materialet.
Detta är en av hemligheterna bakom den mycket höga elektriska verkningsgraden i Alvin Marks” koncept. Man talar om en teoretiska verkningsgrad på 83 Yo, vilket får betraktas som en sensation mot bakgrunden av att en högeffektiv fotovoltaisk cell i dag ger ett maximum på ca 20 96 teoretisk verkningsgrad.
Man har visserligen uppnått något högre effekter, men då har å andra sidan kostnaderna skjutit i höjden på ett orimligt sätt. Den koncentrerande solcellen ger ett teoretiskt utbyte på 32 Jo, men är fortfarande inte ekonomiskt konkurrenskraftig gentemot konventionell energiteknik.
Några ord om “teoretisk verkningsgrad” kan vara på sin plats. Kiselcellens teoretiska verkningsgrad är alltså ca 20
Z, men den uppmätta, faktiska effekten är bara mellan 4 och 10 96. Den koncentrerande cellens verkliga effekt ligger i storleksordningen 15 46. Aven om man räknar med bara halva verkningsgraden — för — Alvin Marks” konstruktion. så handlar det i alla fall om en förbättring i storleksordningen 23-10 gånger.
LÅGA PRODUKTIONSKOSTNADER
Sist och slutligen är det ändå totalekonomin som fäller utslaget i sådana här sammanhang. Och då är det två faktorer som är avgörande: tillverkningskostnaderna och driftskostnaderna (inklusive total livslängd).
Då det gäller Lumeloid räknar man med mycket låga produktionskostnader, — eftersom det i princip rör sig om en kemisk produkt. Lepcon bygger på samma principer. men har mer karaktären av en ”maskin”. Den består av s.k. femto-dioder och metalliska antenner som lagts på en yta av glas. (”Femto” står för ell nästan ofattbartitet tal: 10 ‘5). Här blir tillverkningskostnaden högre, men å andra sidan räknar man med hög driftsäkerhet och en livsängd på omkring femtio år.
Edgar DeMeo. som är chef för solkraftsprogrammet vid Electric Power Research Institute. har sagt följande — Den verkliga utmaningen då det gäller att sprida användningen av PV (fotovoltaik) under de närmast följande åren handlar om att minska elkostnaden från 8-10 USD/W till mindre än 4 USD/W. eller någonting åt det hållet.
Det här skall ställas i relation till att tillverkningskostnaden för Lumeloid bedöms röra sig om några cent/W. Aven om man räknar in all kringutrustning och kalkylerar mycket pessimistiskt, hamnar man på en slutkostnad på ca 0.30 USD/W. Detta skall jämföras med initialkostnaderna för fossil förbränning (1.50 USD/W) och nukleär el (5 USD /W).
INGEN SCIENCE FICTION
Som framgår handlar det om teknologi som redan existerar. Alvin Marks är en praktiskt orienterad man och har följaktligen tagit fram ritningar till en tillverkningsenhet för Lepcon. Beräknad produktionskostnad ligger i storleksordningen 0,20 USD/W. Lumeloid är enklar fortsättning på sid 2 21