Energieopslag en kernfusie: twee betrouwbare publiekstrekkers als je het over lezers hebt IEEE-spectrum– zijn goed vertegenwoordigd onder onze meest gelezen energieverhalen van 2023. Maar er staan een paar verrassingen bovenaan de lijst. Nummer een? Warmtepompen. Nummer twee? Echte stekkers, en het antwoord op de vraag wat elektriciteit produceert, en is het niet een dynamo of een brandstofcel?
Hier zijn de top 10 artikelen over kunstmatige intelligentie Spectrum gepubliceerd in 2023, gerangschikt op basis van de hoeveelheid tijd die mensen hebben besteed aan het lezen ervan.
1. Warmtepompen – de goedgehumeurde toekomst van airconditioning
Het raamairconditioningsysteem omvat een elektrische warmtepomp voor verwarming.Gradiëntcomfort
Een wereld die warmer wordt, zal onvermijdelijk meer airconditioning nodig hebben om mensen in de heetste streken niet alleen comfortabel maar ook levend te houden. En toch verergert meer airconditioning juist het probleem – klimaatverandering – dat de behoefte aan meer airconditioning drijft. wat moeten we doen? Twee woorden: warmtepompen.
2. Dit nieuwe type generator kan op vrijwel elke brandstof draaien
Technici assembleerden een lineaire generator in de fabriek van Mainspring Energy in Menlo Park, Californië.Creatieve opname
Een van de meest interessante energiestartups waar je nog nooit van hebt gehoord (tenzij je een ijverige lezer bent). Spectrum) is de energie van de hoofdbron. Het bedrijf Menlo Park, Californië, opgericht in 2010 door drie Stanford-studenten, maakt een machine die 230 tot 430 kilowatt genereert met behulp van vrijwel elk type brandstof, inclusief ammoniak, waterstof, biogas of aardgas. Mainspring noemt zijn machine een lineaire generator, omdat deze lineaire beweging omzet in elektrische energie. Brandstof en lucht, samengeperst in het midden van het lineaire geheel, reageren en duwen naar buiten richting tegenoverliggende uiteinden van het geheel, waarbij magneten aan weerszijden van de kamer door geleidende koperen spoelen worden aangedreven, waardoor elektriciteit ontstaat. De machines wekken al elektriciteit op in een aantal installaties, en tot de financiers van het bedrijf behoren enkele van de grootste namen op het gebied van technologie-investeringen, waaronder Bill Gates en Vinod Khosla.
3. Welkom in Fusion City, VS
Bij Helion Energy bouwen werknemers een deel van de Polaris-fusiereactor van het bedrijf.Helion-energie
Fusion-startups Zap Energy en Helion Energy hebben grote ambities en relatief bescheiden faciliteiten in Everett, Washington, beter bekend als waar Boeing 30.000 mensen in dienst heeft in een van ‘s werelds grootste productiefaciliteiten. Zap en Helion maken deel uit van een renaissance in onderzoek en ontwikkeling op het gebied van fusie-energie, gericht op het bereiken van praktische fusie-energie met behulp van veel bescheidener faciliteiten dan de enorme Internationale Thermonucleaire Experimentele Reactor (ITER) die in Zuid-Frankrijk wordt gebouwd, tegen een kostprijs die naar schatting ongeveer $ 22 bedraagt. miljard tot voltooiing.
4. NASA Battery Tech voor het elektriciteitsnet
De nikkel-waterstofbatterijcellen van EnerVenue zijn 1,8 meter lang, wegen 62 kilogram en hebben een capaciteit van 3 kilowattuur.EnerVenue
Als u ze niet ontlaadt en vervolgens volledig oplaadt, kunnen lithium-ionbatterijen duizenden laad-ontlaadcycli meegaan. Stel je nu een batterij voor die lang meegaat tientallen duizenden laad-ontlaadcycli. Zo’n batterij bestaat al: hij heet nikkel-waterstof en wordt al sinds 1977 in de ruimte gebruikt. Afgelopen september lanceerde startup EnerVenue een nieuwe generatie van zijn nikkel-waterstofbatterij en voltooide de bouw van een fabriek van 9000 vierkante meter rond dezelfde locatie. tijd. Het bedrijf maakt deel uit van een groeiende groep die zich richt op netwerktoepassingen, met name voor zonne-energie-installaties.
5. Lithiumbatterij rijp voor verstoring, zegt uitvinder
Bij de pilot-recyclingfabriek van Volkswagen in Salzgitter, Duitsland, is een autoaccu geopend, waardoor de modules zichtbaar zijn.
John MacDougall/AFP/Getty Images
M. Stanley Wittingham wordt, samen met wijlen John Goodenough, gezien als sleutelfiguren bij de uitvinding van de lithium-ionbatterij begin jaren zeventig (de twee deelden in 2019 de Nobelprijs voor de Scheikunde met Akira Yoshino). Wittingham koesterde een paar wrokgevoelens en deed dat tijdens een symposium afgelopen april op Stanford. Hier is een van de bezwaren: er is 60 tot 80 kilowattuur elektriciteit nodig om een lithium-ionbatterij van 1 kWh te produceren. Voor de rest van Wittinghams klachten moet je het artikel lezen.
6. De VS doen weer mee aan het nucleaire brandstofspel
Uranium wordt verrijkt in cascades van centrifuges, zoals die in de Centrus Energy-fabriek in Piketon, Ohio.
Centrus-energie
Om energie te produceren gebruiken ouderwetse lichtwater-kernreactoren oxidebrandstof, die bestaat uit keramische pellets van uraniumoxide, die van begin tot eind zijn gerangschikt om staven te vormen die zijn bedekt met een zirkoniumlegering. De brandstof is verrijkt tot ongeveer 4,8 procent U-235. Maar de geavanceerde reactoren die nu in bedrijf zijn, gebruiken een heel ander type brandstof, genaamd hoogverrijkt, laagverrijkt uranium (HALEU). (Verrijkt tot 20 procent U-235, is dit nog steeds ruim onder de ruim 90 procent die nodig is om een kernwapen te produceren.) Afgelopen november werd Centrus Energy uit Bethesda, Maryland, pas de tweede organisatie die in staat was HALEU-brandstof te produceren, en de eerste buiten Rusland. Leuk weetje: “De energie in slechts 3 eetlepels HALEU kan de gemiddelde Amerikaanse consument een leven lang energie verschaffen”, meldt Prachi Patel.
7. Om het Baltische netwerk te bevrijden is oude technologie weer nieuw
Op het vliegwiel links kan een synchrone condensator, zoals hier rechts, worden aangesloten.
Siemens Energie
Peter Fairley, veteraan op het gebied van energie, bespreekt de nasleep van de oorlog in Oekraïne voor het elektriciteitsnet en de energie. Afgelopen november concentreerde hij zich op de inspanningen van drie Baltische staten – Litouwen, Letland en Estland – om hun elektriciteitsnetwerken te scheiden van de door Rusland gecontroleerde synchrone AC-zone. De drie landen gebruiken synchrone condensatoren om de veerkracht van hun netwerken te vergroten en hen in staat te stellen, bij gebrek aan verbindingen met het veel grotere Russische elektriciteitsnet, het onverwachte en plotselinge verlies van transmissielijnen of generatoren te weerstaan. Zo’n condensator is in wezen een grote, vrij roterende synchrone machine; een vliegwiel dat aan de as is bevestigd, kan echter kinetische energie opslaan. Het belangrijkste doel ervan is in dit geval het bieden van extra traagheid, ook wel een draaiende reserve genoemd, die zou helpen het netwerk te stabiliseren in geval van een crisis.
8. Fusion heeft een momentje
Kernfusie is al ruim zeventig jaar de energiebron van de toekomst.Harry Campbell
Kernfusie is de energiebron van de toekomst – en dat zal altijd zo blijven. Dat is de grap die je waarschijnlijk zult horen van elke grijze tech-watcher die oud genoeg is om meerdere hype-cycli over de belofte van fusie-energie te hebben meegemaakt. De grimmige realiteit van fusie is dat het grootste project ter wereld, ITER, pas in 2035 met deuterium- en tritiumbrandstof zal worden getest en daarna nog een aantal jaren geen bruikbare energie zal kunnen produceren. Toch heeft 2023 een aantal interessante ontwikkelingen op het gebied van kernfusie gekend, die vooral verband houden met startende bedrijven die alternatieve benaderingen nastreven van het gigantisme van ITER en de National Ignition Facility van het Lawrence Livermore National Laboratory. Deze startups omvatten Zap Energy en Helion Energy (zie hierboven, “Welkom bij Fusion City, VS”), evenals Commonwealth Fusion Systems, in Devens, Massachusetts. thermisch supergeleidende tape, die de grootte van de magneten die nodig zijn om het veld te produceren aanzienlijk zal verkleinen (zie hieronder).
9. Deze fusiereactor wordt bij elkaar gehouden met tape
Commonwealth Fusion Systems maakt gebruik van een supergeleidende tape op basis van yttrium-barium-koperoxide.Gretchen Ertl/CFS/MIT Centrum voor Plasmawetenschap en Fusion
Kernfusie met magnetische opsluiting is afhankelijk van verbazingwekkend sterke magnetische velden om een superheet plasma op te sluiten, meestal in een torusvormig vat dat een tokamak wordt genoemd. In het ITER-project bouwen onderzoekers supergeleidende elektromagneten met behulp van niobium-tin- of niobium-titanium-legeringen, die moeten worden gekoeld tot ongeveer -269 °C (ongeveer 4 graden Kelvin). Voor 18 ITER-magneten is 600 ton supergeleiders nodig. Commonwealth Fusion Systems gelooft dat er een betere manier is, en dit omvat het gebruik van een meer geavanceerde supergeleider, yttrium barium koperoxide of YBCO. Het is supergeleidend bij temperaturen tussen -200 en -250 °C (73 tot 23 Kelvin). Dat ogenschijnlijk kleine temperatuurverschil, samen met andere kenmerken van YBCO, zal volgens Commonwealth veel kleinere magneten mogelijk maken die sneller en goedkoper kunnen worden geproduceerd. Het uiteindelijke succes van fusie zou heel goed kunnen afhangen van de efficiëntie van deze hoge-temperatuur-supergeleiders.
10. Het tijdperk van silicium is aangebroken…voor batterijen
Nanogestructureerde siliciummaterialen zouden batterijen een groter bereik en sneller opladen kunnen bieden.
Groep 14
Een typisch anodemateriaal voor lithium-ionbatterijen is grafiet bedekt met koperfolie. Maar onderzoekers maken zich al lang zorgen over de mogelijkheid om silicium te gebruiken, dat gram voor gram tien keer meer lithiumionen kan bevatten. En in 2023, nadat verschillende startups erin slaagden de problemen met siliciumanodes op te lossen – vooral de neiging om uit te zetten en kapot te gaan – kondigden verschillende autofabrikanten plannen aan om lithium-ioncellen met siliciumanodes te gebruiken in nieuwe accu’s voor elektrische voertuigen. Startups waren onder meer OneD Battery Sciences in Palo Alto, Californië, Sila Nanotechnologies in Alameda, Californië, en Group14 Technologies in Woodinville, Washington.