Ванілін у наших сховищах d; електрика - Sciences et Avenir

Опубліковано 08.10.2020 о 18:34

Пошук екстрактів ванілі на наших станціях зберігання електроенергії ... концепція, яка може здатися дивною, але може принести велику екологічну користь. Група дослідників розробила електричну батарею з ваніліну, природного аромату ванілі.

Ванілін цілком міг замінити екологічно небезпечні матеріали в батареях, що використовуються для зберігання відновлюваної енергії.

Легкий молот - TU Грац

У дослідженні, опублікованому в журналі Angewandte Chemie, група дослідників з Технічного університету Граца (Австрія) виявила дивовижну властивість ваніліну (хімічна формула: 4-гідрокси-3-метоксибензальдегід). Він міг би замінити важкі метали знаменитих "літій-іонних" батарей або ті, що базуються на рідкісних землях, які постачають вітрові або сонячні ферми.

Навіть якщо ці акумулятори корисні для виробництва безвуглецевої електроенергії (що виділяє мало CO2), їх виробництво, тим не менше, забруднює. Дійсно, не кажучи вже про видобуток сировини, виробничі підприємства споживають багато електричної енергії - проблема в деяких країнах, таких як Китай, який значною мірою залежить від вугілля.

"Redox Flow", питання змішування

Існують різні методи накопичення енергії: накачуванням, стисненим повітрям, електрохімією. Але не всі з них можуть використовувати ванілін. По правді кажучи, аромат використовуватиметься лише для одного типу, циркуляційних батарей або батарей "Redox Flow" (BRF - див. Схему нижче). Вони складаються з двох резервуарів рідких розчинів, корисних для накопичення енергії. Також їх називають електролітами, один позитивний, а інший негативний. Рідини будуть перекачуватися з водойм, щоб рухатись до елементарної комірки, яка буде місцем окиснення-відновлення, хімічного явища в джерелі зберігання або виробництва електроенергії. Міцна мембрана запобіжить змішуванню двох розчинів. Нарешті, електрони будуть рухатися від одного краю до іншого завдяки електродам, змоченим в електролітах.

Ця технологія має три переваги. По-перше, окислювально-відновна речовина відбувається безпосередньо в електролітах. Тому розмір резервуарів призводить до збільшення ємності для зберігання. Другий сильний момент: заряд акумулятора залежить лише від елементарного елемента, тому вам просто потрібно додати більше, щоб збільшити його. Остання перевага: в циркуляційних батареях використовуються рідини, які допомагають регулювати температуру та запобігають перегріванню, на відміну від літій-іонних батарей.

У дослідженні, опублікованому в журналі Angewandte Chemie, група дослідників з Технічного університету Граца (Австрія) виявила дивовижну властивість ваніліну (хімічна формула: 4-гідрокси-3-метоксибензальдегід). Він міг би замінити важкі метали або рідкісні землі, що використовуються в акумуляторах вітрових або сонячних парків.

Навіть якщо ці акумулятори корисні для зберігання безвуглецевої електроенергії (що виділяє мало CO2), їх виробництво, тим не менше, забруднює. Дійсно, не кажучи вже про видобуток сировини, виробничі підприємства споживають багато електричної енергії - проблема в деяких країнах, таких як Китай, який значною мірою залежить від вугілля.

"Redox Flow", питання змішування

Ця технологія має три переваги. По-перше, окислювально-відновна речовина відбувається безпосередньо в електролітах. Тому розмір водойм призводить до збільшення ємності зберігання. Другий сильний момент: заряд акумулятора залежить лише від елементарного елемента, тому вам просто потрібно додати більше, щоб збільшити його. Остання перевага: в циркуляційних батареях використовуються рідини, які допомагають регулювати температуру та запобігають перегріванню, на відміну від літій-іонних батарей.

Схема роботи циркуляційної котушки або «Окисно-відновного потоку». Джерело: IFPEN

Але щоб зробити такий акумулятор, потрібно знайти потрібну рідину для створення окислювально-відновного складу. Дотепер у BRF застосовували рідкий метал, не дуже чутливий до корозії. Згідно з конференцією CNRS ENERGIE у 2018 році, спостерігались високоефективні результати із тривалістю життя більше 10 років, тобто 10000 циклів заряду/розряду проти 400 до 1100 для літій-іонних BRF. Масштабне виробництво також дешевше по відношенню до відновлювального потоку з ванадієм. Єдина проблема полягає в тому, що цей хімічний елемент надзвичайно їдкий для інших компонентів, що перешкоджало його збуту до цього часу.

Технологія переосмислення

Другий тип BRF був розроблений дослідниками Гарварда в 2014 році. Цього разу з хіноном, органічним, біологічно розкладаним та некорозійним вуглеводнем. Але нова проблема: важко знайти достатньо органічної сировини для масштабного виробництва хінону.

Тому дослідники звернулися до лігніну, біомолекули, яка міститься в деревині та є основним природним джерелом хінону. З виробництва 50–100 мегатоннів на рік у паперовій промисловості 98% всього виробленого лігніну спалюється. Знахідка, яка не уникнула дослідників. "Для отримання нашої окисно-відновлювальної рідини ми окислювали лігнін до ваніліну, використовуючи екологічно чисті хімічні процеси", - сказав у прес-релізі дослідник Технічного університету в Граці Штефан Шпірк. За допомогою простої реакції можна використовувати відходи паперової промисловості для отримання великої кількості ваніліну ".

На даний момент не було проведено повномасштабного тестування акумулятора, щоб визначити успіх проекту чи інше рішення у відповіді на поточні енергетичні проблеми. Однак дослідники контактують з великими виробниками паперу і бажають якомога швидше впровадити їх технологію в інфраструктуру виробництва електроенергії.

Циркуляційні батареї представляють для них реальне рішення для боротьби з екологічними проблемами. Вони вважають, що їх велика ємність зберігання та довгострокова прибутковість можуть бути використані для вітряних або сонячних електростанцій, а також як резервний генератор для лікарень або електростанцій.