Desertec - un nanotecnología permitió la audaz visión de una revolución energética

En nuestro Spotlight desde abril de 2008 hicimos la pregunta "¿por qué no tenemos un programa Apollo la nanotecnología para la energía limpia?". Aunque los gobiernos y la industria están invirtiendo miles de millones en las nanociencias y las nanotecnologías, los resultados hasta ahora han sido tropecientos millones de trabajos de investigación y unos pocos cientos (la mayoría de los consumidores) los productos y aplicaciones que no llamaría la atención (y la mayoría de ellos son), si no por su aparente " nano "bombo o el factor de miedo, dependiendo de donde usted está viniendo. Nuestros párrafos finales de este primer plano fueron los siguientes:
"No hay duda de que las nanotecnologías pueden aportar las soluciones a nuestros problemas de energía, no hoy, ni mañana, pero con un enorme esfuerzo internacional coordinado y un 10-20 años plazo no parece realista. En la actualidad diversos programas de nanotecnología fondo nacional de su vasta mezcolanza de más iniciativas de investigación de un punto de vista de la investigación básica (o, en el caso de los EE.UU., listas de deseos militares) que con un enfoque en la aplicación comercial - en el proceso de dispersión de los recursos de financiación tratando de cubrir todas y cada una aplicación potencial.
"En cambio, la docena de líderes o de la nanotecnología para las naciones deben unirse y comprometerse a una respuesta concertada y masivamente financiados programa de 10 años para desarrollar comercialmente viables, soluciones de energía limpia basada en la nanotecnología. En lugar de tener departamentos de gobierno burocrático supervisar el esfuerzo debe existir una nuevo organismo - como la organización puede hacer-que la NASA en la década de 1960 - para impulsar este esfuerzo en estrecha cooperación con las universidades y la industria. "
Aunque el suministro de energía en el futuro será una mezcla de todas las fuentes disponibles, dada la magnitud de su potencial, la zona más prometedor para una revolución energética es la energía solar. La cuestión es cómo aprovechar este potencial en una gran escala. Una respuesta posible es el proyecto de DESERTEC.

1 ej = 1 ExaJoule o 1018 julios o ~ 163 millones de barriles de petróleo. Potencial global de las energías renovables y los combustibles fósiles disponibles 1: Datos referentes al consumo global de energía de 390 EJ en 1997, los datos de Fischedick M., O. Langniß, J. Nitsch: "Nach dem Ausstieg - Zukunftskurs Erneuerbare Energien", S. Hirzel Verlag , 2000 2: Fuente de datos: Instituto Federal Alemán de Geociencias y Recursos Naturales. (Graphic: aplicación de las nanotecnologías en el sector energético)
Una revolución de la energía solar en la toma de
Como resultado, una idea muy ambiciosa que ha sido impulsado alrededor de los dos últimos años - y cuyo alcance es definitivamente a la par con el programa Apolo - ha recibido un gran impulso en los últimos meses. La visión que, de realizarse, sería una verdadera revolución energética, se llama Desertec y supondría el mayor proyecto de energía solar de todos los tiempos.
Hoy, 13 de julio, un grupo de 20 grandes empresas industriales, bancos y compañías de seguros se reúnen en Munich a falta de un proyecto que, de realizarse, tendrá un costo 400-500 billion euros (US $ 550-700 millones de euros) y entregar su energía en primera unos 10 años. La idea básica es instalar una red enorme de concentración de energía solar, plantas de energía térmica en el desierto del Sahara y construir una red de alto voltaje de corriente directa (HVDC) líneas de transmisión para llevar la electricidad a Europa. Los fundadores del proyecto va a dedicar los próximos tres años para resolver los detalles de este gigantesco proyecto.
El concepto DESERTEC describe la perspectiva de un suministro sostenible de electricidad para Europa, Oriente Medio y Norte de África hasta el año 2050. Para entonces, se podría satisfacer tanto como 15 por ciento del poder de la Unión Europea necesita. Esto demuestra que la transición a la oferta competitiva, segura y compatible, es posible utilizar fuentes de energía renovables y la eficiencia, y los combustibles fósiles como copia de seguridad del equilibrio. Además, existe la tecnología de hoy - es la escala de la visión de que es revolucionario.

Esquemático de la infraestructura posible para un suministro sostenible de energía a Europa, Oriente Medio y África del Norte (EU-MENA). A título de ejemplo: los cuadrados rojos indican el espacio necesario para los colectores solares para producir la energía presentes en el mundo (18.000 TWh / año, 300x300 km2), para Europa (UE 3.200 TWh / año, 125x125 km2) y de Alemania o MENA (Medio Oriente y África del Norte, a unos 600 TWh / año, 55x55 km2). La plaza denominada "TRANS-CSP EUMENA Mix 2050" indica el espacio necesario para los colectores solares para cubrir las necesidades para la desalación de agua de mar y cerca de dos tercios del consumo de electricidad en la región MENA en el año 2050 y alrededor de una quinta parte de los europeos de la electricidad de consumo mediante la concentración de Plantas de Energía Solar Térmica (2.940 TWh / año en total). Haga clic aquí para agrandar el mapa.
Según Desertec, a fin de satisfacer la demanda de energía global de hoy de 18.000 años TWh / a, sería suficiente para equipar a tres milésimas de los desiertos del mundo (cerca de 90.000 kilómetros cuadrados) con colectores solares de plantas de energía solar térmica. Alrededor de 20 metros cuadrados de desiertos sería suficiente para satisfacer la demanda de energía de un día de cada ser humano y de la noche - todo esto absolutamente libre de CO2.
La concentración de energía solar, plantas de energía térmica
Hay básicamente tres componentes necesarios para hacer un solar de concentración, la energía térmica (CSP), el trabajo con plantas en un concepto como Desertec: El colectores de energía de la cosecha (los "receptores"), acumuladores de calor muy grande, que actúan como almacenamiento de energía excedente, y de alto voltaje las líneas de transmisión para llevar la electricidad a destinos remotos.
Las plantas CSP son básicamente de vapor de generación de las centrales que producen electricidad a partir de calor - sólo que la energía es suministrada por el sol y no de petróleo, gas o carbón. La radiación solar es recogida por los medios de reflector de grandes superficies como espejos parabólicos. A través de la radiación concentrada, el medio de transferencia de calor - un aceite (por ejemplo, aceite vegetal) que fluye a través del receptor - se calienta hasta 500 ° C. El aceite caliente de transferencia de calor se bombea a la unidad generadora principal. El calor que produce vapor que a su vez unidades de turbinas de la planta para generar electricidad.
Esta tecnología ya funciona en gran escala. El 1 de julio de 2009, la solar-térmica de la estación de Andasol 1, ubicado en la provincia española de Granada en Andalucía, fue inaugurada oficialmente. Esta planta de 50 megavatios es la mayor planta de energía solar en el mundo, proporcionando el poder del clima amistoso a 200.000 personas. Dos plantas de 50 MW, Andasol 2 y 3, estará en línea este año y en 2011. En el desierto de Mojave en California, nueve plantas de CSP han estado funcionando con éxito durante un máximo de 20 años.

Andasol planta de energía solar - 500 000 metros cuadrados de la superficie de la luz solar capturas espejo. (Imagen: Solar Millennium AG)
El componente de la nanotecnología
La nanotecnología es esencial en la fabricación de los receptores, los componentes clave de un CSP. La calidad del receptor determina la eficiencia de la planta de energía solar, que a su vez determina su relación coste / beneficio de rendimiento en comparación con otras fuentes de energía. Nanocoberturas en la superficie de los receptores a mejorar sus propiedades térmicas y de captura de transferencia térmica, así como resistencia a la corrosión. Un desafío particular y el factor de costo potencial es la estabilidad a largo plazo de los receptores. Para hacer que las plantas CSP económicamente viables, tienen que soportar más de 20 años de intensa radiación solar y el impacto climático.
Ejemplos de esta tecnología son nanocoberturas de Schott Solar, que suministró los receptores para la planta Andasol y ha sido el desarrollo de esta tecnología junto con el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE y la Universidad Técnica de Clausthal-Zellerfeld y nCoat, que está colaborando con Sunvention EE.UU. , Inc. y BSR Solar Technologies GmbH utilizar recubrimientos nanotecnología nCoat planta de demostración para un CSP en Indiana.
En contraste con las plantas CSP como Andasol, fotovoltaica (PV) las células convierten la luz solar directamente en electricidad. La energía fotovoltaica es utilizado en gran escala de plantas de energía solar también, pero esta es la tecnología que lleva el suministro de energía solar para los hogares, poniendo paneles solares en el techo. En última instancia, a través de nano-tecnología de película delgada activado, la recolección de energía solar superficies se integrarán en muchos productos y estructuras.
El principal problema de la energía solar fotovoltaica - su relativa ineficacia - todavía tiene que superar para hacer que el coste de la electricidad producida por las células solares igual o menor que la electricidad generada por combustibles fósiles o nucleares y permitir que la energía solar para convertirse en una importante fuente de energía independiente de los subsidios del gobierno (aunque el carbono establecido en base de fuentes de energía todavía recibir una gran cantidad de las subvenciones hasta hoy).
Hasta ahora, las células solares que convierten la luz solar en energía eléctrica han estado dominados por los dispositivos de salida de estado sólido, a menudo de obleas de silicio monocristalino o policristalino. Se están realizando esfuerzos en los laboratorios de todo el mundo para diseñar las asambleas ordenada de nanoestructuras de semiconductores, nanopartículas metálicas y nanotubos de carbono para la construcción de próxima generación de dispositivos de conversión de energía solar (leer por ejemplo: "El impacto de nanotubos de carbono sobre el uso de la energía solar" o "Catching a arco iris - la nanotecnología puntos cuánticos ilumina las perspectivas de la energía solar "). Estos ofrecen las perspectivas de los materiales más baratos, una mayor eficiencia y características flexibles. Se espera que una gran variedad de dispositivos fotovoltaicos fabricados con finas capas de células solares (de silicio o de los sistemas de otros materiales como el cobre / indio / selenio), las células solares de colorante o las células solares de polímeros traerá el avance.
Hay una enorme cantidad de esfuerzo de investigación en todo el mundo dedicadas a desarrollar la energía solar, pero no sólo a otras fuentes de energía limpias y renovables, así. Pero dado el alcance y la velocidad del cambio climático que nos espera, es la realización de las visiones de grandes y audaces como Desertec que se requieren para ofrecer una salida.
Vea un video de un informe de noticias sobre Desertec:

Por Michael Berger. Copyright 2009 Nanowerk LLC