Tehnologii emergente pentru energile regenerabile

Există tehnologii emergente de energie regenerabilă care sunt încă în curs de dezvoltare, inclusiv etanol celulozic, energia geotermală cu rocă uscată caldă și energia marină.[113] Aceste tehnologii nu sunt încă demonstrate pe scară largă sau au o comercializare limitată. Multe sunt la orizont și pot avea un potențial comparabil cu alte tehnologii de energie regenerabilă, dar încă depind de atragerea unei atenții suficiente și de finanțare pentru cercetare, dezvoltare și demonstrație (CD&D).[113]

Există numeroase organizații în sectoarele academic, naționale și comerciale, care efectuează cercetări avansate la scară largă în domeniul energiei regenerabile. Această cercetare acoperă mai multe domenii de interes din spectrul energiei regenerabile. Majoritatea cercetărilor vizează îmbunătățirea eficienței și creșterea randamentului total de energie[114]. Mai multe organizații de cercetare susținute de guverne s-au concentrat pe energia regenerabilă în ultimii ani. Două dintre cele mai importante dintre aceste laboratoare sunt Sandia National Laboratories și National Renewable Energy Laboratory (NREL), ambele finanțate de Departamentul de Energie al Statelor Unite și susținute de diverși parteneri corporativi.[115]

Sistem geotermal îmbunătățit

(Sistem geotermal îmbunătățit. Diagrama EGS cu etichete numerice. 1: Rezervor 2: Casă pompe 3: Schimbător de căldură 4: Hală de turbine 5: Puț de producție 6: Puț de injecție 7: Apă caldă către termoficare 8: Rocă poroasă 9: Puț 10: Rocă solidă.)

Sistemele geotermale îmbunătățite (EGS) sunt un nou tip de tehnologie de energie geotermală care nu necesită resurse hidrotermale naturale convective. Marea majoritate a energiei geotermale aflate în raza de foraj se află în roci uscate și neporoase.[116] Tehnologiile EGS „îmbunătățesc” și/sau creează resurse geotermale în această „rocă uscată fierbinte (HDR)” prin fracturare hidraulică. Tehnologiile EGS și HDR, cum ar fi geotermalul hidrotermal, sunt de așteptat să fie resurse de bază care produc energie 24 de ore pe zi, ca o plantă fosilă. Diferite de hidrotermale, HDR și EGS pot fi fezabile oriunde în lume, în funcție de limitele economice ale adâncimii de foraj. Locațiile bune sunt deasupra granitului adânc acoperit de un strat gros (3–5 km) de sedimente izolatoare care încetinesc pierderea de căldură.[117] Există sisteme HDR și EGS în curs de dezvoltare și testare în Franța, Australia, Japonia, Germania, SUA și Elveția. Cel mai mare proiect EGS din lume este o centrală demonstrativă de 25 de megawați în curs de dezvoltare în bazinul Cooper, Australia. Bazinul Cooper are potențialul de a genera 5.000–10.000 MW.

Energie marină

(Centrala Rance Tidal Power, Franța, )

Energia marină (denumită uneori și energie oceanică) este energia transportată de valurile oceanului, mareele, salinitatea și diferențele de temperatură ale oceanului. Mișcarea apei în oceanele lumii creează un depozit vast de energie cinetică sau energie în mișcare. Această energie poate fi valorificată pentru a genera electricitate pentru a alimenta casele, transportul și industriile. Termenul de energie marină cuprinde puterea valurilor – puterea din valuri de suprafață, puterea curentului marin – puterea din fluxurile hidrocinetice marine (de exemplu, Curentul Golfului) și puterea mareelor – obținută din energia cinetică a corpurilor mari de apă în mișcare. Electrodializa inversă (RED) este o tehnologie de generare a energiei electrice prin amestecarea apei proaspete de râu și a apei sărate de mare în celule mari de putere proiectate în acest scop; din 2016, este testată la scară mică (50 kW). Energia eoliană offshore nu este o formă de energie marină, deoarece energia eoliană este derivată din vânt, chiar dacă turbinele eoliene sunt plasate deasupra apei. Oceanele au o cantitate enormă de energie și sunt aproape de multe, dacă nu cele mai concentrate populații. Energia oceanică are potențialul de a furniza o cantitate substanțială de energie regenerabilă nouă în întreaga lume.[1][118]

#	Stația	Țara	Locația	Capacitatea	Ref.
1.	Sihwa Lake Tidal Power Station	Coreea de Sud	37°18′47″N 126°36′46″E	254 MW	[119]
2.	Rance Tidal Power Station	Franța	48°37′05″N 02°01′24″W	240 MW	[120]
3.	Annapolis Royal Generating Station	Canada	44°45′07″N 65°30′40″W	20 MW	[120]

Răcire radiativă pasivă în timpul zilei

(Răcirea radiativă pasivă în timpul zilei poate răci temperaturile cu consum de energie sau poluare zero.[121] )

Răcirea radiativă pasivă de zi (PDRC) utilizează răceala din spațiul exterior ca sursă de energie regenerabilă pentru a obține răcirea în timpul zilei care poate fi utilizată în multe aplicații,[122][123][124] cum ar fi răcirea spațiului interior,[125][126] atenuarea insulelor de căldură urbane în aer liber,[127] ][128] și eficiența celulelor solare.[129][130] Suprafețele PDRC sunt proiectate pentru a avea o reflectanță ridicată a soarelui, pentru a minimiza câștigul de căldură și puternice în transferul de căldură prin radiație termică în infraroșu cu undă lungă (LWIR).[131] La scară planetară, a fost propusă ca o modalitate de a încetini și inversa încălzirea globală.[121][132] Aplicațiile PDRC sunt implementate ca suprafețe orientate spre cer, similar altor surse de energie regenerabilă, cum ar fi sistemele fotovoltaice și colectoarele solare termice.[130] PDRC a devenit posibilă cu capacitatea de a suprima încălzirea solară folosind metamateriale fotonice, publicată pentru prima dată într-un studiu al lui Raman și colab. comunității științifice în 2014.[133][134] Aplicațiile PDRC pentru răcirea spațiului interior crește cu o „dimensiune a pieței estimată la aproximativ 27 miliarde USD în 2025”.[135]

Fotosinteza artificială

Fotosinteza artificială folosește tehnici, inclusiv nanotehnologia, pentru a stoca energia electromagnetică solară în legături chimice prin scindarea apei pentru a produce hidrogen și apoi folosind dioxid de carbon pentru a produce metanol.[136] Cercetătorii din acest domeniu s-au străduit să creeze imitații moleculare ale fotosintezei care utilizează o regiune mai largă a spectrului solar, folosesc sisteme catalitice realizate din materiale abundente, ieftine, care sunt robuste, ușor reparate, non-toxice, stabile într-o varietate de condiții de mediu și performante mai eficient, permițând ca o proporție mai mare de energie fotonică să ajungă în compușii de stocare, respectiv carbohidrați (mai degrabă decât construirea și susținerea celulelor vii).[137] Cu toate acestea, cercetările proeminente se confruntă cu obstacole, Sun Catalytix, un spin-off MIT, a încetat să-și extindă prototipul celulei de combustibil în 2012, deoarece oferă puține economii față de alte moduri de a produce hidrogen din lumina soarelui.[138]

Radiația termică infraroșie a Pământului

Pământul emite aproximativ 10¹⁷ W de radiație termică infraroșie care curge către spațiul exterior rece. Energia solară lovește suprafața și atmosfera pământului și produce căldură. Folosind diverse dispozitive teoretice, cum ar fi colectorul de energie emisivă (EEH) sau dioda termoradiativă, acest flux de energie poate fi convertit în energie electrică. În teorie, această tehnologie poate fi utilizată în timpul nopții.[139][140]

Alte tehnologii

Combustibili de alge

Producerea de combustibili lichizi din soiuri de alge bogate in ulei (bogate în grăsimi) este un subiect de cercetare in curs de desfășurare. Sunt încercate diverse microalge cultivate în sisteme deschise sau închise, inclusiv unele sisteme care pot fi instalate în terenuri dezafectate și deșertice.[141]

Vapori de apă

Colectarea sarcinilor de electricitate statică din picăturile de apă de pe suprafețele metalice este o tehnologie experimentală care ar fi deosebit de utilă în țările cu venituri mici, cu umiditate relativă a aerului de peste 60%.[142]

Deșeurile de culturi

Dispozitivele AuREUS (Aurora Renewable Energy & UV Sequestration),[143] care se bazează pe deșeurile de cultură, pot absorbi lumina ultravioletă de la soare și o pot transforma în energie regenerabilă.[144][145]

Referințe

113. International Energy Agency (2007). Renewables in global energy supply: An IEA facts sheet (PDF), OECD, p. 3. Archived 12 October 2009 at the Wayback Machine
114. S.C.E. Jupe; A. Michiorri; P.C. Taylor (2007). „Increasing the energy yield of generation from new and renewable energy sources”. Renewable Energy. 14 (2): 37–62.
115. „Defense-scale supercomputing comes to renewable energy research”. Sandia National Laboratories. Archived from the original on 28 August 2016. Retrieved 16 April 2012.
116. Duchane, Dave; Brown, Don (December 2002). „Hot Dry Rock (HDR) Geothermal Energy Research and Development at Fenton Hill, New Mexico” (PDF). Geo-Heat Centre Quarterly Bulletin. Vol. 23, no. 4. Klamath Falls, Oregon: Oregon Institute of Technology. pp. 13–19. ISSN 0276-1084. Archived (PDF) from the original on 17 June 2010. Retrieved 5 May 2009.
117. „Australia’s Renewable Energy Future inc Cooper Basin & geothermal map of Australia Retrieved 15 August 2015” (PDF). Archived from the original (PDF) on 27 March 2015.
118. IRENA (2020), Innovation outlook: Ocean energy technologies, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi. https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2020/Dec/IRENA_Innovation_Outlook_Ocean_Energy_2020.pdf
119. „Sihwa Tidal Power Plant”. Renewable Energy News and Articles. Archived from the original on 4 September 2015.
120. Tidal power (PDF), retrieved 20 March 2010
121. Chen, Meijie; Pang, Dan; Chen, Xingyu; Yan, Hongjie; Yang, Yuan (2022). „Passive daytime radiative cooling: Fundamentals, material designs, and applications”. EcoMat. 4. doi:10.1002/eom2.12153. S2CID 240331557 – via Wiley. Passive daytime radiative cooling (PDRC) dissipates terrestrial heat to the extremely cold outer space without using any energy input or producing pollution. It has the potential to simultaneously alleviate the two major problems of energy crisis and global warming.
122. Yu, Xinxian; Yao, Fengju; Huang, Wenjie; Xu, Dongyan; Chen, Chun (July 2022). „Enhanced radiative cooling paint with broken glass bubbles”. Renewable Energy. 194: 129–136. doi:10.1016/j.renene.2022.05.094. S2CID 248972097 – via Elsevier Science Direct. Radiative cooling does not consume external energy but rather harvests coldness from outer space as a new renewable energy source.
123. Ma, Hongchen (2021). „Flexible Daytime Radiative Cooling Enhanced by Enabling Three-Phase Composites with Scattering Interfaces between Silica Microspheres and Hierarchical Porous Coatings”. Appl. Mater. Interfaces. 13 (16): 19282–19290. arXiv:2103.03902. doi:10.1021/acsami.1c02145. PMID 33866783. S2CID 232147880 – via ACS Publications. Daytime radiative cooling has attracted considerable attention recently due to its tremendous potential for passively exploiting the coldness of the universe as clean and renewable energy.
124. Bijarniya, Jay Prakash; Sarkar, Jahar; Maiti, Pralay (November 2020). „Review on passive daytime radiative cooling: Fundamentals, recent researches, challenges and opportunities”. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 133: 110263. doi:10.1016/j.rser.2020.110263. S2CID 224874019 – via Elsevier Science Direct. Passive radiative cooling can be considered as a renewable energy source, which can pump heat to cold space and make the devices more efficient than ejecting heat at earth atmospheric temperature.
125. Bijarniya, Jay Prakash; Sarkar, Jahar; Maiti, Pralay (November 2020). „Review on passive daytime radiative cooling: Fundamentals, recent researches, challenges and opportunities”. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 133: 110263. doi:10.1016/j.rser.2020.110263. S2CID 224874019 – via Elsevier Science Direct.
126. Benmoussa, Youssef; Ezziani, Maria; Djire, All-Fousseni; Amine, Zaynab; Khaldoun, Asmae; Limami, Houssame (September 2022). „Simulation of an energy-efficient cool roof with cellulose-based daytime radiative cooling material”. Materials Today: Proceedings. doi:10.1016/j.matpr.2022.08.411. S2CID 252136357 – via Elsevier Science Direct.
127. Khan, Ansar; Carlosena, Laura; Feng, Jie; Khorat, Samiran; Khatun, Rupali; Doan, Quang-Van; Santamouris, Mattheos (January 2022). „Optically Modulated Passive Broadband Daytime Radiative Cooling Materials Can Cool Cities in Summer and Heat Cities in Winter”. Sustainability. 14 – via MDPI.
128. Anand, Jyothis; Sailor, David J.; Baniassadi, Amir (February 2021). „The relative role of solar reflectance and thermal emittance for passive daytime radiative cooling technologies applied to rooftops”. Sustainable Cities and Society. 65: 102612. doi:10.1016/j.scs.2020.102612. S2CID 229476136 – via Elsevier Science Direct.
129. Heo, Se-Yeon; Ju Lee, Gil; Song, Young Min (June 2022). „Heat-shedding with photonic structures: radiative cooling and its potential”. Journal of Materials Chemistry C. 10 (27): 9915–9937. doi:10.1039/D2TC00318J. S2CID 249695930 – via Royal Society of Chemistry.
130. Ahmed, Salman; Li, Zhenpeng; Javed, Muhammad Shahzad; Ma, Tao (September 2021). „A review on the integration of radiative cooling and solar energy harvesting”. Materials Today: Energy. 21: 100776. doi:10.1016/j.mtener.2021.100776 – via Elsevier Science Direct.
131. Wang, Tong; Wu, Yi; Shi, Lan; Hu, Xinhua; Chen, Min; Wu, Limin (2021). „A structural polymer for highly efficient all-day passive radiative cooling”. Nature Communications. 12 (365): 365. doi:10.1038/s41467-020-20646-7. PMC 7809060. PMID 33446648. Accordingly, designing and fabricating efficient PDRC with sufficiently high solar reflectance (𝜌¯solar) (λ ~ 0.3–2.5 μm) to minimize solar heat gain and simultaneously strong LWIR thermal emittance (ε¯LWIR) to maximize radiative heat loss is highly desirable. When the incoming radiative heat from the Sun is balanced by the outgoing radiative heat emission, the temperature of the Earth can reach its steady state.
132. Munday, Jeremy (2019). „Tackling Climate Change through Radiative Cooling”. Joule. 3 (9): 2057–2060. doi:10.1016/j.joule.2019.07.010. S2CID 201590290. Archived from the original on 22 February 2022. Retrieved 27 September 2022 – via ScienceDirect. By covering the Earth with a small fraction of thermally emitting materials, the heat flow away from the Earth can be increased, and the net radiative flux can be reduced to zero (or even made negative), thus stabilizing (or cooling) the Earth.
133. Heo, Se-Yeon; Ju Lee, Gil; Song, Young Min (June 2022). „Heat-shedding with photonic structures: radiative cooling and its potential”. Journal of Materials Chemistry C. 10 (27): 9915–9937. doi:10.1039/D2TC00318J. S2CID 249695930 – via Royal Society of Chemistry.
134. Raman, Aaswath P.; Anoma, Marc Abou; Zhu, Linxiao; Raphaeli, Eden; Fan, Shanhui (2014). „Passive Radiative Cooling Below Ambient air Temperature under Direct Sunlight”. Nature. 515 (7528): 540–544. Bibcode:2014Natur.515..540R. doi:10.1038/nature13883. PMID 25428501. S2CID 4382732 – via nature.com.
135. Yang, Yuan; Zhang, Yifan (2020). „Passive daytime radiative cooling: Principle, application, and economic analysis”. MRS Energy & Sustainability. 7 (18). doi:10.1557/mre.2020.18. S2CID 220008145. Archived from the original on 27 September 2022. Retrieved 27 September 2022.
136. Collings AF and Critchley C (eds). Artificial Photosynthesis – From Basic Biology to Industrial Application (Wiley-VCH Weinheim 2005) p ix.
137. Faunce, Thomas A.; Lubitz, Wolfgang; Rutherford, A. W. (Bill); MacFarlane, Douglas; Moore, Gary F.; Yang, Peidong; Nocera, Daniel G.; Moore, Tom A.; Gregory, Duncan H.; Fukuzumi, Shunichi; Yoon, Kyung Byung; Armstrong, Fraser A.; Wasielewski, Michael R.; Styring, Stenbjorn (2013). „Energy and environment policy case for a global project on artificial photosynthesis”. Energy & Environmental Science. RSC Publishing. 6 (3): 695. doi:10.1039/C3EE00063J.
138. jobs (23 May 2012). „‘Artificial leaf’ faces economic hurdle: Nature News & Comment”. Nature News. Nature.com. doi:10.1038/nature.2012.10703. S2CID 211729746. Archived from the original on 1 December 2012. Retrieved 7 November 2012.
139. „Major infrared breakthrough could lead to solar power at night”. 17 May 2022. Retrieved 21 May 2022.
140. Byrnes, Steven; Blanchard, Romain; Capasso, Federico (2014). „Harvesting renewable energy from Earth’s mid-infrared emissions”. PNAS. 111 (11): 3927–3932. Bibcode:2014PNAS..111.3927B. doi:10.1073/pnas.1402036111. PMC 3964088. PMID 24591604.
141. „In bloom: growing algae for biofuel”. 9 October 2008. Retrieved 31 December 2021.
142. „Water vapor in the atmosphere may be prime renewable energy source”. techxplore.com. Archived from the original on 9 June 2020. Retrieved 9 June 2020.
143. „Mapua’s Carvey Maigue shortlisted in James Dyson Award for solar device”. Good News Pilipinas. 11 November 2020. Archived from the original on 6 December 2020. Retrieved 23 November 2020.
144. „AuREUS Aurora Renewable Energy UV Sequestration”. James Dyson Award. Archived from the original on 23 November 2020. Retrieved 23 November 2020.
145. „Mapua student wins international design award for invention made from crop waste”. CNN. 20 November 2020. Archived from the original on 21 November 2020. Retrieved 23 November 2020.

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)