Uusiutuva energia on luonteeltaan vaihtelevaa. Tuulet puhaltavat eri nopeuksilla eri päivinä ja päivänvalo määrää, kuinka paljon aurinkoenergiaa voidaan tuottaa. Siksi sähköenergian varastointijärjestelmät ovat niin tärkeitä energiasiirtymän kannalta. Suomessa voisimme tuottaa kesäkuukausina paljon aurinkoenergiaa ja varastoida sitä talvikäyttöön. Akut eivät sovellu tällaiseen varastointiin, koska ne varastoivat pienempiä energiamääriä lyhyemmän aikaa. Uusiutuvan energian teknologioilla tuotettua sähköä voidaan varastoida suuria määriä kemiallisessa muodossa pitkäksi aikaa tuottamalla vihreää vetyä ja muita sähköpolttoaineita käyttämällä kaksisuuntaisten polttokennojen kaltaisia teknologioita.
Polttokenno on sähkökemiallinen laite, joka muuntaa kemiallisessa muodossaan olevan vedyn sähköksi. Se ei sisällä liikkuvia osia, ja sen jätemateriaali on vettä. Toisin kuin polttomoottori, joka polttaa polttoainetta sähkön tuottamiseksi, polttokennot voivat toimia päinvastaisessa järjestyksessä, eli ne voivat muuntaa sähkön takaisin kemialliseen vedyn muotoon. Polttokennoteknologian nykyrajoituksia ovat kuitenkin niiden kestävyys ja tuotanto, koska niiden toiminta edellyttää kriittisiä materiaaleja.
Aalto-yliopiston Perustieteiden korkeakoulun tutkijat tutkivat tapoja parantaa polttokennojen elinkaarta ja vähentää valmistusprosessissa syntyvää jätemateriaalia. Polttokennot valmistetaan tavallisesti nauhavalu- ja seulapainoprosesseilla, mutta tästä syntyy myrkyllistä jätettä, jota ei voida kierrättää. Aallon tutkijat kehittävät 3D- ja mustesuihkutulostustekniikoita tällaisen jätteen vähentämiseksi teollisessa valmistuksessa. He kehittävät myös valmistustekniikoita, jotka kuluttavat vähemmän kriittisiä maametalleja.
3D- ja mustesuihkutulosteet ovat jätteen vähentämisen kannalta lupaavia, mutta tällä hetkellä ne ovat kuitenkin kalliita valmistaa. Tässä teollisuus voi astua kuvaan ja lisätä tuotantoa ja alentaa kustannuksia, kuten aurinkosähköisten (PV9) aurinkopaneelien tapauksessa. Aurinkopaneelien tuotanto oli viime aikoihin asti kallista, mutta viime vuosikymmenen aikana valmistuksen ja hankinnan hinta on laskenut merkittävästi tuotannon kasvaessa.
Tutkija: Imran Asghar, Suomen Akatemian tutkija, dosentti, teknillisen fysiikan laitos, Perustieteiden korkeakoulu, Aalto-yliopisto
Teksti: Peter Taggart
The interest of the New Energy Technologies Group is on advanced energy systems, in particular nanomaterials for energy devices, sustainable energy systems, and multidisciplinary energy science.
The Department of Applied Physics pursues vigorous research in physical sciences and creates important industrial applications that hold great technological potential.