Günəş enerjisi potensialını əhəmiyyətli dərəcədə artırmaq üçün yeni molekul

Günəş nəinki insana məlum olan ən zəngin enerji mənbəyidir, o, hələ də var olduğu müddətcə sonsuz dərəcədə bərpa oluna bilir. O, gündəlik olaraq, yağışda və ya parıltıda heyrətamiz miqdarda enerji yaratmağa davam edir. Günəş enerjisi müxtəlif yollarla toplana və saxlanıla bilər və günəş enerjisindən istifadə istixana qazları buraxmır, bu da iqlim dəyişikliyinin təsirini azaltmağa kömək edə bilər. Bu səbəblərə görə günəş enerjisi bərpa olunan enerji üçün əsas mənbə kimi daha geniş şəkildə seçilir. Bəşəriyyət günəş enerjisindən daha səmərəli istifadə etmək yollarını tapana qədər, məsələn, aşağıda təsvir edilən yenilik kimi, yalnız zaman məsələsidir.

Günəş işığının manipulyasiyası

Günəş enerjisinin iki əsas növü var: fotovoltaiklər (PV) və günəş istilik enerjisi kimi də tanınan konsentrasiya edilmiş günəş enerjisi (CSP). Fotovoltaiklər günəş panellərindəki günəş batareyalarından istifadə edərək günəş işığını birbaşa elektrik enerjisinə çevirir. Konsentrasiya edilmiş günəş enerjisi buxar yaradan mayeni qızdırmaq üçün günəş işığından istifadə edir və enerji yaratmaq üçün turbinə güc verir. Hazırda qlobal günəş enerjisinin 98%-ni PV, qalan 2%-ni isə CSP təşkil edir.

PV və CSP istifadə üsuluna, istehsal olunan enerjiyə və tikintisində istifadə olunan materiallara görə dəyişir. PV ilə istehsal olunan enerjinin səmərəliliyi günəş panelinin ölçüsü ilə sabit qalır, yəni daha kiçik bir günəş paneli üzərindən istifadə enerji istehsal sürətini artırmayacaq. Bunun səbəbi günəş panellərində də istifadə olunan Sistem Balans (BOS) komponentləri, o cümlədən aparat, kombin qutuları və çeviricilərdir.

CSP ilə daha böyük daha yaxşıdır. Günəş şüalarının istiliyindən istifadə etdiyi üçün nə qədər çox günəş işığı toplansa bir o qədər yaxşıdır. Bu sistem, bu gün istifadə edilən qalıq yanacaq elektrik stansiyalarına çox bənzəyir. Əsas fərq, CSP-nin turbinləri çevirmək üçün buxar yaradan günəş işığından istilik mayelərinə (kömür və ya təbii qaz yandırmaq əvəzinə) əks etdirən güzgülərdən istifadə etməsidir. Bu, həm də CSP-ni enerji yaradan turbinləri çevirmək üçün günəş enerjisi və təbii qazdan istifadə edən kombinə edilmiş dövrəli qaz turbinləri (CCGT) kimi hibrid qurğular üçün yaxşı uyğunlaşdırır. CSP ilə daxil olan günəş enerjisindən əldə edilən enerji yalnız 16% xalis elektrik enerjisi verir. CCGT enerji çıxışı ~55% xalis elektrik enerjisi verir ki, bu da təkcə CSP-dən xeyli çoxdur.

Təvazökar başlanğıclardan

Kopenhagen Universitetindən Anders Bo Skov və Mogens Brøndsted Nielsen günəş enerjisini PV və ya CSP-dən daha səmərəli yığa, saxlamağa və buraxmağa qadir olan bir molekul hazırlamağa çalışırlar. Qısaca DHA/VHF olan dihidroazulen/vinil hepta fulven sistemindən istifadə edərək cütlük tədqiqatlarında böyük irəliləyişlər əldə edib. Başlanğıcda qarşılaşdıqları problemlərdən biri DHA/VHF molekullarının saxlama qabiliyyəti artdıqca, enerjini uzun müddət saxlamaq qabiliyyətinin azalması idi. Mogens Brøndsted Nielsen, Kimya Departamentinin professoru, "Bunun qarşısını almaq üçün nə etdiyimizdən asılı olmayaraq, molekullar bir-iki saat sonra öz formalarını dəyişəcək və yığılmış enerjini buraxacaqlar. Andersin nailiyyəti o idi ki, o, öz formasını yüz il saxlaya bilən molekulda enerji sıxlığını iki dəfə artıra bildi. İndi yeganə problemimiz enerjini yenidən sərbəst buraxmağımızdır. Molekul, deyəsən, yenidən formasını dəyişmək istəmir”.

Yeni molekulun forması daha sabit olduğundan enerjini daha uzun müddət saxlaya bilir, eyni zamanda onunla işləməyi asanlaşdırır. Molekulların müəyyən bir vahidinin tuta biləcəyi enerjinin nəzəri həddi var, buna enerji sıxlığı deyilir. Nəzəri olaraq 1 kiloqram (2.2 funt) “mükəmməl molekul” 1 meqajoul enerji saxlaya bilər, yəni o, maksimum enerji miqdarını saxlaya bilər və lazım olduqda onu buraxa bilər. Bu, təxminən 3 litr (0.8 gallon) suyu otaq temperaturundan qaynana qədər qızdırmaq üçün kifayət qədər enerjidir. Eyni miqdarda Skov molekulları otaq temperaturundan 750 dəqiqə ərzində 3.2 mililitr (3 kvar) və ya bir saat ərzində 15 litr (4 qallon) qızdıra bilər. DHA/VHF molekulları "mükəmməl bir molekul" kimi çox enerji saxlaya bilməsə də, bu, əhəmiyyətli bir miqdardır.

Molekulun arxasında duran elm

DHA/VHF sistemi iki molekuldan, DHA və VHF-dən ibarətdir. DHA molekulu günəş enerjisinin saxlanmasından məsuldur və VHF onu buraxır. Xarici stimullara, bu halda günəş işığına və istiliyə məruz qaldıqda, formasını dəyişdirərək bunu edirlər. DHA günəş işığına məruz qaldıqda günəş enerjisini saxlayır və bununla da molekul şəklini VHF formasına dəyişir. Zamanla VHF istilik toplayır, kifayət qədər topladıqdan sonra yenidən DHA formasına qayıdır və günəş enerjisini buraxır.

Günün sonunda

Anders Bo Skov yeni molekul haqqında olduqca həyəcanlıdır və bunun yaxşı səbəbi var. Hələ tam enerji buraxa bilməsə də, Skov deyir: “Günəş enerjisinin saxlanmasına gəldikdə, bizim ən böyük rəqabətimiz litium-ion batareyalardan gəlir və litium zəhərli metaldır. Molekulum işləyərkən nə CO2, nə də başqa kimyəvi birləşmələr buraxmır. Bu, "Günəş işığı daxil-güc kəsilir". Molekul bir gün köhnəlir, çobanyastığı çiçəklərində də olan bir rəngləndiriciyə çevrilir. Molekul nəinki istifadəsi zamanı çox az istixana qazı buraxan və ya heç olmayan bir prosesdə istifadə edilmir, nəticədə deqradasiyaya uğradıqda, təbii olaraq ətraf mühitdə olan təsirsiz bir kimyəvi maddəyə çevrilir.