Нова молекула за значително увеличаване на слънчевия енергиен потенциал

Не само, че слънцето е най-изобилният източник на енергия, познат на човека, то е безкрайно възобновяемо, стига да е там. Той продължава да генерира удивителни количества енергия на дневна база, независимо дали е дъжд или слънце. Слънчевата енергия може да се събира и съхранява по много различни начини, а използването на слънчева енергия не отделя парникови газове, което може да помогне за намаляване на въздействието от изменението на климата. Поради тези причини слънчевата енергия става все по-широко избрана като основен източник за възобновяема енергия. Само въпрос на време е човечеството да намери начини за по-ефективно използване на слънчевата енергия – като иновацията, описана по-долу.

Манипулиране на слънчевата светлина

Има два основни вида слънчева енергия: фотоволтаици (PV) и концентрирана слънчева енергия (CSP), известна още като слънчева топлинна енергия. Фотоволтаиците преобразуват слънчевата светлина директно в електричество с помощта на слънчеви клетки в слънчеви панели. Концентрираната слънчева енергия използва слънчева светлина за нагряване на течност, която генерира пара и задвижва турбина за създаване на енергия. PV в момента представлява 98% от глобалната слънчева енергия, като CSP е останалите 2%.

PV и CSP се различават по начина, по който се използват, енергията, която се произвежда, и материалите, които се използват в конструкцията им. Ефективността на енергията, която се произвежда с PV, остава постоянна с размера на слънчевия панел, което означава, че използването на по-малък слънчев панел вместо по-голям няма да увеличи скоростта на производство на енергия. Това се дължи на компонентите за баланс на системата (BOS), които също се използват в слънчевите панели, което включва хардуера, комбиниращите кутии и инверторите.

С CSP по-голямото е по-добро. Тъй като използва топлината от слънчевите лъчи, колкото повече слънчева светлина може да се събере, толкова по-добре. Тази система е много подобна на електроцентралите с изкопаеми горива, които се използват днес. Основната разлика е, че CSP използва огледала, които отразяват топлината от слънчевата светлина, за да загреят течности (вместо изгаряне на въглища или природен газ), които генерират пара за завъртане на турбини. Това също така прави CSP много подходящ за хибридни инсталации, като газови турбини с комбиниран цикъл (CCGT), които използват слънчева енергия и природен газ, за ​​да завъртят турбини, генерирайки енергия. С CSP, произведената енергия от входяща слънчева енергия дава само 16% нетно електричество. Произведената енергия от CCGT дава ~55% нетно електричество, много повече от CSP само.

От скромни начала

Anders Bo Skov и Mogens Brøndsted Nielsen от университета в Копенхаген се опитват да разработят молекула, която е в състояние да събира, съхранява и освобождава слънчева енергия по-ефективно от PV или CSP. Използвайки системата дихидроазулен/винил хепта фулвен, накратко DHA/VHF, двойката постигна големи крачки в своите изследвания. Един проблем, с който се сблъскват първоначално, е, че с нарастването на капацитета за съхранение на DHA/VHF молекулите, капацитетът за задържане на енергия за продължителен период от време намалява. Могенс Брьонстед Нилсен, професор от катедрата по химия, каза: „Независимо от това, което направихме, за да го предотвратим, молекулите ще променят обратно формата си и ще освободят съхранената енергия само след час или два. Постижението на Андерс беше, че той успя да удвои енергийната плътност в молекула, която може да запази формата си в продължение на сто години. Единственият ни проблем сега е как да го накараме да освободи отново енергията. Молекулата изглежда не иска да промени отново формата си.

Тъй като формата на новата молекула е по-стабилна, тя може да задържи енергията за по-дълго време, но също така улеснява работата с нея. Има теоретично ограничение за това колко енергия може да побере определена единица от молекули, това се нарича енергийна плътност. Теоретично 1 килограм (2.2 паунда) от така наречената „перфектна молекула“ може да съхрани 1 мегаджаул енергия, което означава, че може да задържи максималното количество енергия и да го освободи, ако е необходимо. Това е приблизително достатъчно енергия за загряване на 3 литра (0.8 галона) вода от стайна температура до кипене. Същото количество молекули на Skov може да загрее 750 милилитра (3.2 кварта) от стайна температура до кипене за 3 минути или 15 литра (4 галона) за един час. Въпреки че DHA/VHF молекулите не могат да съхранят толкова енергия, колкото може „перфектната молекула“, това е значително количество.

Науката зад молекулата

DHA/VHF системата се състои от две молекули, DHA и VHF. Молекулата DHA е отговорна за съхраняването на слънчевата енергия, а VHF я освобождава. Те правят това, като променят формата си, когато бъдат представени на външни стимули, в този случай слънчева светлина и топлина. Когато DHA е изложена на слънчева светлина, тя съхранява слънчевата енергия, като по този начин молекулата променя формата си на VHF форма. С течение на времето VHF събира топлина, след като събере достатъчно, тя се връща обратно към своята DHA форма и освобождава слънчевата енергия.

В края на деня

Андерс Бо Сков е доста развълнуван от новата молекула и с основателна причина. Въпреки че все още не може да освободи енергия, Сков казва: „Когато става дума за съхранение на слънчева енергия, най-голямата ни конкуренция идва от литиево-йонните батерии, а литият е отровен метал. По време на работа моята молекула не отделя нито CO2, нито каквито и да било други химически съединения. Това е „изключване на слънчевата светлина“. И когато молекулата се износи един ден, тя се разгражда до оцветител, който също се намира в цветовете на лайка. Не само, че молекулата се използва в процес, който отделя малко или никакви парникови газове по време на употребата си, когато в крайна сметка се разгражда, тя го прави в инертен химикал, който се среща естествено в околната среда.