Česko sice nepatří mezi solární velmoci, přesto se u nás odehrává jeden z nejzajímavějších solárních výzkumných projektů v Evropě. Na Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR zkoumají, zda by bylo možné ukládat energii vyrobenou ze slunce do chemických vazeb.
V podstatě by to znamenalo spojit solární článek a baterii, díky čemuž by odpadl hlavní problém s masovým rozšířením fotovoltaiky. Takové řešení by totiž omezilo výkyvy produkce a ze solární energie by se stal stabilní zdroj. O výzkumu ukládání energie do solárních vazeb jsme si povídali s Tomášem Slaninou, který výzkumný tým vede.
“Cílem je výzkumu je, abychom se naučili uchovávat solární energii do chemických vazeb organických molekul a tuto energii mohli později uvolnit do sítě. V podstatě chceme zkombinovat solární článek a baterii, výsledkem by měla být něco jako solární baterie,” vysvětluje Tomáš Slanina, k čemu chce v nejbližších pěti letech dospět.
PUSŤTE SI CELÝ DÍL na Apple podcastech, Spotify, Podcastech Google nebo Anchoru.
Zásadní rozdíl oproti dnešním způsobům ukládání energie je v tom, že pro ukládání do chemických vazeb není potřeba křemík. “Naše technologie je založená na organických látkách. To není totéž jako dnešní panely na křemíkové bázi, je to spíš folie, kterou se dají pokrývat povrchy – fasády, střechy, nátěry na vozidlech,” vysvětluje výzkumník, proč by “jeho” baterie vypadala spíš jako tenká nátěrová vrstva. Ta by vytvářela elektrický proud ze sluneční energie, zároveň by ji ukládala a uvolňovala by ji k využití třeba v noci, když slunce nesvítí.
Takový způsob výroby a ukládání elektřiny by se podle Tomáše Slaniny dal uplatnit tam, kde jsou dnešní solární články moc těžkopádné. “Umím si představit třeba oblečení, které bude nabíjet telefon nebo domácí elektroniku. Nebo aplikaci v případech, kdy potřebujeme kumulovat energii v odlehlejších místech, kde nejsme připojení k elektrické síti.”
Živé látky místo křemíku
Na jakém principu vyvíjená technologie funguje? “Ukládání elektrické energie je ukládání elektronů, nosičů náboje. My je dokážeme uchovat do molekul, každá molekula si vezme dva elektrony a vytvoří z nich chemickou vazbu. Při jejím rozrušení se elektrony zase vypustí ven. Vytvořit vazbu stojí nějakou energii, ta se bere ze slunce. Při narušení vazby mají elektrony přebytečnou energii, kterou mohou pustit ven ve formě elektrického proudu,” popisuje výzkumník.
Výhodou organického řešení je, že výsledná aplikace je mnohem lehčí, dá se vyrobit z různých materiálů a má vysokou energetickou návratnost. To znamená, že takový solární článek dokáže vyrobit tolik energie, kolik bylo potřeba na jeho samotnou výrobu, v řádu dní až týdnů. U konvenčních křemíkových článků se přitom tato návratnost pohybuje zhruba někde u dvou let.
Nevýhodou ukládání energie do chemických vazeb je nižší účinnost a kratší životnost. “Účinnost je v tuto chvíli asi 12 %, to je polovina nejúčinnějších solárních článků. Organické články časem na sluníčku degradují, zatímco anorganický křemík vydrží sto let, i když na něj svítí,” vysvětluje výzkumník, proč o své technologii přemýšlí spíš tak, že časem může dnešní křemíkový základ spíš doplnit než nahradit. “Dnešní technologie na bázi křemíku totiž funguje,” zdůrazňuje Tomáš Slanina.
V solární energii je naděje
Největší potenciál by organické řešení mohlo mít ve vyrovnávání energetické sítě. Pokud by se to podařilo, byla by fotovoltaika stabilním zdrojem elektřiny, což by znamenalo zásadní technologický zlom. Obnovitelné zdroje energie by pak mohly vyrábět naprostou většinu elektřiny, kterou lidstvo spotřebuje.
“Tam to musí dospět. Solární energie je naše jediná naděje, jak roste naše energetická potřeba, tak jediný dostatečný zdroj, který máme k dispozici, je sluneční záření a jeho deriváty, jako třeba vítr. Můžeme to překlenout jádrem a novými technologiemi, ale i to vidím jen jako mezičlánek, než se naučíme využívat slunce naplno,” říká český výzkumník.
“Základní myšlenka využití je vyrovnávat výrobu, aby solární elektrárny nepouštěly do sítě příliš velké výkyvy a zároveň výroba byla konstantní a množství uchované energie bylo dostatečné i v době, kdy na solární článek nesvítí. Dnešní články pracují v příznivých podmínkách na 100 % jen asi čtvrtinu času, 75 % času nevyužívají svůj plný potenciál. Kdybychom dokázali tyhle fluktuace vyrovnat, nebude to zatěžovat síť,” vysvětluje Tomáš Slanina.
Mezi výzkumníky není zdaleka jediný, kdo hledá odpověď na efektivní ukládání energie. Jeho řešení by ale znamenalo zásadní změnu v celém výrobním ekosystému. “Dnešní akumulace spočívá hlavně v ukládání do velkých bateriových úložišť, to je dočasné a poměrně málo efektivní. Pak tu jsou přečerpávací elektrárny a pak technologie, které řeší, co dělat s přebytky vyrobené energie. V minulosti jsme ji prostě vypouštěli nebo měnili na teplo, ale dává smysl to vyřešit lépe, třeba solárními palivy, jako vodík nebo metanol. Ta pak můžou být uskladněná poměrně pohodlně. My ale nechceme nahrazovat velká bateriová úložiště, my chceme změnit výrobu, aby tolik baterií nepotřebovala,” vysvětluje, v čem je jeho přístup odlišný.
Nepodceňujte český výzkum
Že se takové řešení, které by v případě úspěchu mohlo znamenat doslova energetickou revoluci, vyvíjí právě v Česku, nepovažuje za překvapivé. “Máme velkou tradici v chemii a i česká fotochemická škola je silná. Je tu historicky na co navazovat,” připomíná Tomáš Slanina například úspěchy výzkumů profesora Holého právě z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR.
Sám Tomáš Slanina nedávno uspěl v celoevropské výzkumné výzvě a získal pro svůj projekt prestižní pětiletý grant od Evropské komise. Na jeho konci chce mít funkční zařízení, které bude umět elektřinu vyrobit, uložit a pustit do sítě. O dalším využití rozhodnou právě nejbližší roky a to, jak hladce vývoj poběží. “My už vidíme, že to funguje, nedokážeme ale říct, jak široce to bude za pět let široce aplikovatelné,” uzavírá český výzkumník s optimismem.
Bude nám v blízké budoucnosti nabíjet mobily a počítače tričko, které máme na sobě? Jaké hlavní překážky potřebuje výzkum překonat? A jaké výzvy už má tým Tomáše Slaniny za sebou? Proč se ukládání energie neřešilo ruku v ruce s rozvojem výroby elektřiny ze slunce? Pusťte si celý rozhovor v našem podcastu.
CHCETE DOSTÁVAT nové díly, články a přehledy do mailu? Napište se do našeho newsletteru a nic vám neuteče.
Energie bez emisí
Podcast projektu Energie bez emisí přináší rozhovory s výraznými a inspirativními osobnostmi a odborníky ze světa bezemisní energetiky, obnovitelných zdrojů i nových technologií. Pustit si nás můžete na Apple podcastech, Spotify, YouTube, Podcastech Google a Anchoru.
