Framtidens energi kommer från solen Villy Sundström, Kemisk Fysik, Lunds Universitet Världens energiförbrukning År 2050 – 30 TW Idag – 13 TW (1 TW = 1000.000.000.000 W) Energikällor - Världen Två problem! PROBLEM 1 – VÅRT KLIMAT CO2 IPCC report 2013 Temp Höjning havsnivån Temp förändring – global fördelning Problem 2 – Hur länge räcker energin? Oljereserver Oljan sinar? • Olja, gas - ca 50 år • Kol ca 200 år PROBLEM 1 Förväntat ökat behov – ca 20 TW! Varifrån?? Kärnkraft?? – Andra problem! I så fall ett nytt verk varannan dag i 50 år(15 000 st, idag ca 500 st) Avfall. Risker. Nytt kärnkraftverk, Olkiluoto, Finland Begrava koldioxiden? Förnyelsebara energikällor Biomassa:7-10 TW (20% av alla möjliga landområden globalt) Vatten: 1-4 TW Vind: 6 TW Geotermisk: 0.057 W/m2 (~40 TW totalt för jorden) DIREKT SOLENERGI? Jorden tar emot 120 000 TW från solen! Behov för att täcka förväntad ökning = 20 TW ! Solenergi – olika metoder VÄRME - Soltorn FOTOSYNTES - biomassa ELEKTRICITET VÄRME - vattenkokare BRÄNSLE Solpanel på taket ~1 kW/m2 • Takyta 200 m2 ger 200 kW solenergi • 10 % Effektivitet ger upp till 20 kW solel • Lagringsproblem – batterier, elektrolys, solbränsle SOLCELLER Kisel Nanostrukturerade Nanotrådar Plastsolceller KISEL SOLCELLER Kisel Verkningsgrad Forskning och utveckling • Kisel (kristall) ~28 % • Kisel tunnfilm ~22 % Kommersiella solceller, Kisel ≈ 10 % > 95 % av marknaden Så funkar en kiselsolcell Skydd (glas) Genomskinligt häftskikt Antireflex ytbeläggning Kontakt 1 Ström Kontakt 2 Halvledare 1 (n-typ) Halvledare 2 (p-typ) Laddningsseparation Problem Pris Materialåtgång Tillverkning Från T. Surek Nya Solceller – utmaningar • Hög verkningsgrad: > 10-15 % • Stora ytor: energin utspridd över stora ytor • Pris: material, produktion • Miljövänliga: material, produktion, återanvändning • Hållbarhet: 10 – 20 år i solljus • Flexibel användning Solel med nya material PLAST NANOMATERIAL Nanostrukturerade Solceller (Grätzel solcell) Infärgad nano-TiO2 • Billigt material • Miljövänligt • Låg tillverkningskostnad • Tunna filmer, flexibla • Genomskinliga - fönster • ca 15 % verkningsgrad http://www.solideas.com/solrcell/cellkit.html Nanostrukturerade solceller – så fungerar det e Järn i stället för rutenium! Solceller av plast • Tunna plastfilmer • Flexibla • Billiga • Verkningsgrad ca 10 % CH3 ... C C H H C ... Plastsolcell – Så fungerar det Fulleren – elektronmottagare PCBM S R R' N S N S n ITO APFO3 Al LBPF7 = DiH, R=R'=C6H13 (hexyl) LBPF1 = HEH, R=C6H13 (hexyl) R'=CH2CH(C2H5)C4H9 (2-ethylhexyl) LBPF5 = DiO, R=R'=C8H17 (octyl) LBPF6 =DiD, R=R'= C12H25 (dodecyl) Ledande polymer – elektrondonator Hur bra blir en solcell? Metallorganisk halid perovskite solcell Organo metal halide perovskite CH3NH3 Pb Iodide Tunnfilms solcell – 20.1 % verkningsgrad CaTiO3 A2+B4+X32- När solen inte lyser? Solenergilagring Fotosyntesen – en sockerfabrik – Solbränsle CO2 + 2 H2O + fotoner → (CH2O)n + H2O + O2 Fotosyntesens princip Cover photo from Ph.D. Thesis by M. Visser Fotosyntesens början............. Kloroplast reaktionscentrum antenn e O2 WSC: Vattenspjälkning SOLBRÄNSLE – härmad fotosyntes eH2O TiO2 Sensitizer e- Cat e- O2; H+ Solenergi – Våra alternativ VÄRME - Soltorn FOTOSYNTES - biomassa ELEKTRICITET VÄRME - vattenkokare BRÄNSLE TACK!