Η ενεργειακή μετάβαση είναι ένα κυρίαρχο θέμα αυτές τις μέρες και ένας τρόπος με τον οποίο οι επιστήμονες εργάζονται για τη μείωση της εξάρτησης μας από τα ορυκτά καύσιμα, είναι η ανάπτυξη πιο αποδοτικών και παραγωγικών ηλιακών συλλεκτών. Το βόριο διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στην απόδοση των ηλιακών συλλεκτών. Χωρίς αυτό, τα φωτοβολταϊκά στοιχεία δε θα μπορούσαν να μετατρέψουν το φως σε ηλεκτρική ενέργεια τόσο αποδοτικά.
Τι είναι τα φωτοβολταϊκά;
Ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο είναι μια συσκευή που μετατρέπει το ηλιακό φως απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο πιο κοινός τύπος φωτοβολταϊκών κυψελών κατασκευάζεται από πυρίτιο, επομένως ονομάζονται συχνά «ηλιακά πάνελ πυριτίου» ή απλώς «ηλιακά πάνελ». Είναι ένας νέος και συναρπαστικός τρόπος για την ενεργειακή επάρκεια χωρίς να βασιζόμαστε σε ορυκτά καύσιμα. Έχει αποδειχθεί ότι τα φωτοβολταϊκά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε περιοχές όπου ο ήλιος λάμπει για περισσότερες από έξι ώρες την ημέρα, όπως η Νοτιοανατολική Ασία ή η Κεντρική Αμερική.
Γιατί χρησιμοποιείται το βόριο σε ηλιακά πάνελ;
Τα ηλιακά πάνελ χρησιμοποιούν ένα υλικό ημιαγωγών για να συλλάβουν το φως και να το μετατρέψουν σε χρησιμοποιήσιμη ενέργεια. Σε αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικοί τύποι ηλιακών κυψελών: άμορφο πυρίτιο ή εναπόθεση λεπτής μεμβράνης πυριτίου. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία που κατασκευάζονται με οποιαδήποτε ουσία απαιτούν βόριο για τη διαδικασία μετατροπής.
Το βόριο μπορεί να προστεθεί ως αντιανακλαστική επίστρωση πάνω από την επιφάνεια των φωτοβολταϊκών κυψελών, αυξάνοντας την ανακλαστικότητα του πάνελ -η οποία μειώνει τις απώλειες από το προσπίπτον ηλιακό φως που δεν διέρχεται- ή να αναμιχθεί κατά την κατασκευή των ίδιων των ηλιακών κυψελών, ώστε να περιλαμβάνουν άτομα βορίου στην κρυσταλλική τους δομή αντί απλώς στην επίστρωση.
Το πυρίτιο τύπου p και τύπου n στην ηλιακή κυψέλη δημιουργείται από ένα άτομο με ένα λιγότερο ηλεκτρόνιο από αυτό που απαιτείται για το σχηματισμό δεσμών με τα γύρω άτομα. Η οπή που άφησε πίσω του αυτό το ηλεκτρόνιο που λείπει σημαίνει, ότι υπάρχει πάντα πλεόνασμα ηλεκτρονίων στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο, το οποίο τους επιτρέπει να κινούνται γρήγορα σε οποιοδήποτε φράγμα δυναμικού μεταξύ στρωμάτων ημιαγωγών ή ακόμη και σε μικρές αποστάσεις μέσα στο ίδιο στρώμα όπου μπορούν να συγκρουστούν ή συνδυάζονται και να παράγουν φως. Το πυρίτιο τύπου P κατασκευάζεται συνήθως με τη βοήθεια βορίου ή γαλλίου. Ωστόσο, το βόριο προτιμάται ολοένα και περισσότερο έναντι του γαλλίου, καθιστώντας το την καλύτερη επιλογή πρόσμιξης.
Το βόριο δεν είναι ένα ορυκτό σπάνιων γαιών, αλλά πολλοί υποστηρίζουν ότι πρέπει να περιληφθεί σε αυτή την ομάδα, μιας και έχει ιδιαίτερα πολλές χρήσεις σε νέες τεχνολογίες. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε πυρηνικούς αντιδραστήρες ως απορροφητής νετρονίων για τον έλεγχο της πυρηνικής αντίδρασης ή ως πρόσθετο σε χάλυβα και κράματα αλουμινίου, ενισχύοντας την αντίσταση αυτών των υλικών έναντι της διάβρωσης όταν εκτίθενται στο νερό. Ως εκ τούτου, η ευέλικτη χρήση του και η τρέχουσα τεχνολογική έρευνα το καθιστούν μια προσοδοφόρα επιλογή.
Κατανόηση της ενεργειακής μετάβασης
Με την ενεργειακή μετάβαση, λαμβάνει χώρα ένας μετασχηματισμός του παγκόσμιου ενεργειακού τομέα από συστήματα που βασίζονται σε ορυκτά καύσιμα σε συστήματα που βασίζονται σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ωστόσο, αυτός ο μετασχηματισμός δεν είναι κενός προκλήσεων. Καθώς οι επενδυτές και οι εταιρείες επιδιώκουν μεγαλύτερη σαφήνεια στον υπολογισμό των μακροπρόθεσμων κλιματικών κινδύνων και ευκαιριών με τη χρήση βιώσιμων επιχειρηματικών στρατηγικών, οι επιχειρήσεις προσαρμόζονται εφαρμόζοντας νέες τεχνολογίες που επιτρέπουν αυτή την αλλαγή.
Η ενεργειακή μετάβαση έχει ξεκινήσει εδώ και καιρό, χωρίς ωστόσο να βρίσκεται κοντά στην ολοκλήρωση της. Η χρήση ορυκτών καυσίμων για την παραγωγή ενέργειας ήταν η μόνη διαθέσιμη επιλογή για την ανθρωπότητα μέχρι το 1839 όταν ο James Watt παρουσίασε την εφεύρεση του, την πρώτη πρακτική ατμομηχανή που είχε υπερδιπλάσια απόδοση από τα προκάτοχα της μοντέλα. Το 1898 ο Rudolf Diesel εφηύρε κινητήρες ντίζελ με ακόμη μεγαλύτερη απόδοση, οι οποίοι τροφοδοτούνταν με πετρέλαιο αντί για άνθρακα.
Όταν η ενεργειακή μετάβαση φτάσει σε φάση ωρίμανσης, μπορούμε να περιμένουμε σημαντικές αλλαγές στην κοινωνία μας. Οι μεταφορές θα λειτουργούν με ανανεώσιμα καύσιμα. Η ενεργειακή μετάβαση είναι μια παγκόσμια κίνηση για τη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου με τη χρήση ανανεώσιμων πηγών και την αύξηση της απόδοσης.
Τι μπορεί να κάνει το βόριο για την ενεργειακή μετάβαση;
Δεδομένου ότι το βόριο έχει πολλές χρήσεις σε διαφορετικές βιομηχανίες, είναι σημαντικό να διασφαλίσουμε ότι έχουμε αρκετό βόριο διαθέσιμο για τη ενεργειακή απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα. Καθώς τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας κινούνται προς τη χρήση λιγότερου άνθρακα και φυσικού αερίου ως πηγές ενέργειας, η κοινωνία θα πρέπει να βασίζεται σε άλλες πηγές όπως οι πυρηνικοί σταθμοί και οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των ανεμογεννητριών και των φωτοβολταϊκών πάρκων. Η κατασκευή νέων εργοστασίων για αυτά τα υλικά θα μπορούσε να πάρει χρόνια.
Ωστόσο, το βόριο είναι ήδη άμεσα διαθέσιμο, όχι όμως με εξαιρετικά εκμεταλλεύσιμα κοιτάσματα διαθέσιμα, για να καλύψει τη διαφορά στην παραγωγή ενέργειας κατά τη μετάβαση από τα ορυκτά καύσιμα προς πιο βιώσιμες πηγές ενέργειας. Το βόριο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως δομικό στοιχείο για άλλα βιομηχανικά υλικά, όπως γυαλιά ή κεραμικά, που θα του επιτρέψουν να φτάσει σε αγορές που δεν ήταν προσβάσιμες πριν, χωρίς να επηρεαστεί η κύρια χρήση του σε φωτοβολταϊκά πάνελ. Αυτό σημαίνει ότι δε χρειαζόμαστε νέα εργοστάσια για την παραγωγή βορίου, αλλά να βρούμε καλύτερους τρόπους για να εξάγουμε περισσότερο υλικό από τα υπάρχοντα ορυχεία.
Πώς λειτουργεί η ενεργειακή απόδοση;
Μέχρι σήμερα, τα ηλιακά πάνελ είναι συνήθως κατασκευασμένα από πυρίτιο. Αυτά είναι ακριβά και απαιτούν πολύ χρόνο και πόρους, επειδή κατασκευάζονται κατά παραγγελία από εξειδικευμένες μονάδες παραγωγής. Η ενεργειακή απόδοση επιτυγχάνεται με τη χρήση βορίου σε ηλιακά φωτοβολταϊκά στοιχεία, επειδή μπορεί να κατασκευαστεί με χαμηλότερο κόστος και χωρίς εξειδικευμένο εξοπλισμό, γεγονός που διευκολύνει τη μετάβαση σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως η αιολική και η ηλιακή ενέργεια.
Το βόριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για περισσότερα από ένα πράγμα. Είναι βασικό συστατικό σε γυαλί, απορρυπαντικά και λιπάσματα. Οι εταιρείες ενέργειας εξετάζουν τώρα πώς μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν το βόριο για να κατασκευάσουν φωτοβολταϊκά στοιχεία καλύτερης απόδοσης. Το βόριο έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως ως πρόσθετο στην παραγωγή φυσικού αερίου επειδή το χαμηλό του κόστος καθιστά εύκολη την παραγωγή του. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχουν πολλά εμπορικά εμπόδια όταν αρχίζουμε να χρησιμοποιούμε το βόριο σε μεγάλη κλίμακα. Η αύξηση της προσφοράς μέσω της εξόρυξης και της ανακύκλωσης θα μπορούσε να οδηγήσει σε χαμηλότερες τιμές παγκοσμίως, με αποτέλεσμα την αυξημένη ζήτηση από τους καταναλωτές που θέλουν πιο πράσινες λύσεις για τα σπίτια και τις επιχειρήσεις τους.
Το βόριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευση ηλιακής ενέργειας
Σε έναν κόσμο διαρκώς αυξανόμενης ζήτησης ενέργειας, δεν υπάρχει μάλλον όριο στην ποσότητα που χρειάζεται να παράγουμε. Με τόσες πολλές προσπάθειες για την παραγωγή αυτής της ενέργειας και στη συνέχεια τη μεταφορά της σε μεγάλες αποστάσεις μεταξύ ακόμα και ηπείρων, πολλοί άνθρωποι αναζητούν εναλλακτικές μεθόδους που μπορεί να μην είναι τόσο σπάταλες ή δαπανηρές. Μια λύση είναι το βόριο, ένα υλικό με πιθανά οφέλη όταν χρησιμοποιείται σε ηλιακές κυψέλες λόγω της ικανότητας του να απορροφά ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται από τα προσπίπτοντα φωτόνια κατά την έκθεση στο ηλιακό φως, πριν τα μεταφέρει σε έναν δέκτη ηλεκτρονίων.
Ένα άλλο πλεονέκτημα του βορίου είναι η αυξημένη απόδοση επειδή η μετατροπή του ηλιακού φωτός απευθείας μέσω πλαισίων βοριοπυριτικού γυαλιού οδηγεί σε λιγότερη παραγωγή θερμότητας από την παραδοσιακή τεχνολογία φωτοβολταϊκών πυριτίου. Αυτός ο κύκλος θα έλυνε το πρόβλημα μεταφοράς και αποθήκευσης μεγάλης εμβέλειας, που είναι δύο κρίσιμα ζητήματα μιας μελλοντικής οικονομίας ηλιακής ενέργειας. Ως εκ τούτου, το βόριο είναι ενεργειακά ευνοϊκό και ασφαλές από κάθε άποψη.
Ενώ η πυρηνική ενέργεια εξακολουθεί να έχει τα μειονεκτήματα της, η ηλιακή ενέργεια είναι ο μόνος τομέας στον οποίο μπορούμε να σημειώσουμε πραγματική πρόοδο αυξάνοντας την ενεργειακή απόδοση. Υλικά όπως το βόριο είναι το επόμενο βήμα στην υψηλότερη απόδοση που μπορεί ενδεχομένως να μεταρρυθμίσει τη βιομηχανία ηλιακής ενέργειας εάν η θεωρητική έρευνα παρέχει οποιαδήποτε απόδειξη.
Το βόριο χρησιμοποιείται επίσης ευρέως για εφαρμογές θέρμανσης. Το βοριοπυριτικό γυαλί είναι ένα υλικό που βοηθά στην εστίαση και τη σύλληψη της ηλιακής ενέργειας με τη μορφή θερμότητας. Χρησιμοποιείται συχνότερα ως εξωτερικό στρώμα για φεγγίτες ή θερμοκήπια, αλλά μπορεί επίσης να βρεθεί σε επενδύσεις πισινών ή υδρομασάζ. Το υλικό χρησιμοποιείται επίσης για πιο σύνθετες εφαρμογές που μπορείτε να βρείτε στις οικιακές σας συσκευές όπως πλυντήρια πιάτων, στεγνωτήρια ρούχων και θερμοσίφωνες.
Η προοπτική για το μέλλον
Μπορούμε να πούμε ότι το βόριο θα διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στην απανθρακοποίηση και θα βοηθήσει τα φωτοβολταϊκά κύτταρα να φτάσουν σε νέα ύψη ενεργειακής απόδοσης. Με αυξημένη εστίαση από την ΕΕ στην προμήθεια ολοένα και περισσότερων μετάλλων όπως το βόριο, η μετάβαση προς την ενεργειακή μετάβαση θα συμβάλει σταδιακά στην προώθηση της προόδου για την επίτευξη χαμηλότερων εκπομπών άνθρακα.
Με πληροφορίες από borates.today
