Energiavarastoyritelmä Ruotsista

Kuva 1. Norbornadieenin toisiintuminen kvadrisyklaaniksi. Tekijäviite: By Self – Oma teos, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10073381

Sarjassa ilmastonvakiointiajatuksen aiheuttamista oudoista tutkimuksista esittelen nyt göteborgilaisen yksityisomisteisen Chalmersin teknillisen korkeakoulun tutkijoiden yritelmää varastoida auringonenergiaa (LinkkiPDF). Heidän ideansa on varastoida auringonvaloa yhdisteiden kemialliseen rakennemuutokseen ja purkaa se sitten lämmöksi käyttöön, jota teknologiaa kutsutaan MOST-tekniikaksi.

Vauhtia kemialliseen taustaan voinee ottaa kuvan 1 mukaisesta jo viime vuosituhannella tunnetusta kvadrisyklaanin synteesistä norbonadieeniksi (Linkki). Reaktiossa fotonin energia sitoutuu molekyylin rakennemuutokseen. Laboratoriomittakaavan synteesiä tehtäessä ei yleensä ole otettu murhetta energiahyötysuhteesta, vaan tässäkin UV-valoa on annettu ”riittävästi”. Optimointi kohdistuu lähinnä saantoon ja sivureaktioiden välttämiseen. Tässä on varmaan hyvä toistaa synteesiartikkelin maininta lopputuotteen reaktiivisuudesta. Sekä lähtöaineen että tuotteen kiehumispiste ovat 100 °C liepeillä, jolla silläkin on jokin merkitys aineiden käsittelyn ja säilymisen kannalta.

Chalmersin tutkijoiden tavoitteena oli sitten optimoida kuvan 1 reaktiotyyppiä siten, että se olisi energeettisesti edullinen. Kuva 2 kertoo reaktioyhtälön muodossa, mitä tähän mennessä on saatu aikaan.

Kuva 2. Koosteen lähde: http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2017/ee/c6ee01952h

Käytetty lähtöaine kuvassa 1 on 2,3-difenyyliorbornadieeni ja lopputuote on vastaavasti fenyylisubstituoitu. Miksi näin? Ensiksikin molekyylikoon kasvattaminen pääsääntöisesti korottaa kiehumispistettä eli vähentää haihtuvuutta. Tämä todennäköisesti helpottaa tässäkin tapauksessa teknistä toteutusta, kun yhdisteiden kiehumistakaan ei tarvinne huomioida. Vielä tärkeämpää tässä on se, että fenyylisubstituentit siirtävät yhdisteiden säteilyn absorptiota kohti näkyvää valoa, eli auringon säteilymaksimin suuntaan.

Kolmantena syynä fenyylisubstituentteihin voi nähdä molekyylien reaktiivisuuden vähenemisen. Pieni ja vikkelä vety ei ole esteenä juuri millekään sivureaktiolle, mutta fenyyliryhmä on. Tutkimuksessa päästiinkin yli 100 toistokertaan energian latauksessa ja purkamisessa ilman yhdisteiden hajoamista.

Vaikka en olekaan mikään auktorisoitu talousneuvonantaja, niin en kehota ketään sijoittamaan tähän teknologiaan nopeiden voittojen toivossa. Listaan syitä:

1. Korkeapotentiaalisen auringonvalon energian varastointi lähes jätemuotoiseksi lämpöenergiaksi on ideana jo lähtökohtaisesti kehnohko, vaikka se kalliovarastoihin onkin joskus jossain saatu onnistumaan. Jos varastoidaan kemiallisena energiana, mutta puretaan lämpöenergiaksi, ei olla olennaisesti paremmassa asemassa.
2. Käytetyt yhdisteet syntetisoitiin tätä tutkimusta varten. Tämä on sinänsä tieteellisesti ihan hienoa, mutta kaupallisesti ajatellen ihan huonoa. Sehän kertoo, ettei yhdisteitä ole markkinoilla, jolloin niiden hinta ensimmäisten laitosten investoinneissa saattaisi olla ylivoimainen. Esimerkiksi analyysikäyttöön norbornadieenia myydään tuhannen euron litrahintaan (Linkki).
3. Saavutettu energiavarastointikyky kiloa kohti oli samaa luokkaa kuin saavutetaan kylmää vettä lämmittämällä 99 °C:en. Energiaa voidaan ottaa varastosta vain lämpönä. Missä tässä on merkittävä etu lämminvesisäiliöön verrattuna? Tai toisaalta verrattuna fotokemialliseen vetyyn ja sen varastointiin?
4. Kuvan 2 QC1-yhdisteen puoliintumisaika varastoinnissa on puolitoista kuukautta, joka ei oikein riitä kausivaihtelun tasaamiseen vuodenaikojen osalta. Paremmin auringonvaloa varastoiva toinen tutkimuksessa mainittu yhdiste (QC2) purkautuu puoliksi jo tunneissa.

Jos tässä olisi kyse perustutkimuksesta, jossa on tehty uusi havainto, erilaiset haihattelut uuden löydön merkityksellisyydestä olisivat ainakin lehdistötiedotteessa varsin siedettäviä. Nyt on kuitenkin kyse teknisestä tutkimuksesta, joka liippaa läheltä tuotekehitystä. Silloin tulee kyseeseen aina tuotoksen sovellettavuus ja kilpailukykyisyys. Tässä ei näyttäisi olevan innovaatiota, kun tuohon käsitteeseen sisältyy taloudellinen hyödyllisyys. Tuskinpa löytyy edes niin paljon ilmastonvakiointitukirahaa, että tämä sinänsä jotenkin toimiva teknologia tulisi markkinoille. Kun huomioidaan jo olemassaolevat teknologiat, tälle ei vähän paranneltunakaan ole nähtävissä mitään tehtävää. Lämpövaraston säilyvyys tulisi saada sähköakkujen tasolle ja purkauslämpötila mieluummin useisiin satoihin celsiusasteisiin, jolloin myös sähkön tuotanto varastosta olisi mahdollista. Tätä vain ei nyt ole näköpiirissä tällä teknologialla.

Linkkejä

http://www.alphagalileo.org/ViewItem.aspx?ItemId=173586&CultureCode=en (Linkki) Lehdistötiedote. Oikolukija huomaa siitä luonnontieteellisesti hölmöltä kuulostavan lauseen: ”Also, ruthenium has been replaced by much cheaper carbon-based elements.” Suomeksi: ”Siis rutenium on korvattu paljon halvemmilla hiilipohjaisilla alkuaineilla.” Eihän orgaanisten yhdisteiden vety ei ole millään perusteella hiilipohjaista.

https://www.sciencedaily.com/releases/2017/03/170320085445.htm (Linkki) Lehdistötiedotteen kopio virheineen Science Dailyssa.

https://fi.wikipedia.org/wiki/Norbornadieeni (Linkki) Kantayhdiste.

https://en.wikipedia.org/wiki/Quadricyclane (Linkki) Kantatuote (englanniksi).

https://fi.wikipedia.org/wiki/Chalmersin_teknillinen_korkeakoulu (Linkki) Tutkimusorganisaatio.