Nova molekula za značajno povećanje potencijala solarne energije

Ne samo da je sunce najzastupljeniji izvor energije poznat čovjeku, ono je beskonačno obnovljivo, sve dok je još tu. Nastavlja stvarati zadivljujuće količine energije na dnevnoj bazi, bez obzira na kišu ili sunce. Sunčeva energija se može prikupljati i skladištiti na mnogo različitih načina, a korištenje solarne energije ne emituje stakleničke plinove, što može pomoći u smanjenju utjecaja klimatskih promjena. Zbog ovih razloga, solarna energija postaje sve više odabrana kao primarni izvor obnovljive energije. Samo je pitanje vremena kada će čovječanstvo pronaći načine za efikasnije korištenje sunčeve energije – kao što je dolje opisana inovacija.

Manipulisanje sunčevom svetlošću

Postoje dvije glavne vrste solarne energije: fotonaponska (PV) i koncentrirana solarna energija (CSP), također poznata kao solarna termalna energija. Fotonaponski uređaji pretvaraju sunčevu svjetlost direktno u električnu energiju koristeći solarne ćelije u solarnim panelima. Koncentrirana solarna energija koristi sunčevu svjetlost za zagrijavanje tekućine koja stvara paru i pokreće turbinu za stvaranje energije. PV trenutno čini 98% globalne solarne energije, sa CSP kao preostalih 2%.

PV i CSP se razlikuju po načinu na koji se koriste, energiji koja se proizvodi i materijalima koji se koriste u njihovoj konstrukciji. Efikasnost energije koja se proizvodi pomoću PV ostaje konstantna s veličinom solarnog panela, što znači da korištenje manjeg preko većeg solarnog panela neće povećati stopu proizvodnje energije. To je zbog komponenti Balance-of-System (BOS) koje se također koriste u solarnim panelima, što uključuje hardver, kombinacijske kutije i invertere.

Sa CSP-om, veće je bolje. Pošto koristi toplotu sunčevih zraka, što više sunčeve svetlosti može da se prikupi, to bolje. Ovaj sistem je vrlo sličan elektranama na fosilna goriva koje se danas koriste. Glavna razlika je u tome što CSP koristi ogledala koja reflektuju toplotu od sunčeve svetlosti za zagrevanje fluida (umesto sagorevanja uglja ili prirodnog gasa), koji stvaraju paru za okretanje turbina. Ovo takođe čini CSP pogodnim za hibridna postrojenja, kao što su gasne turbine kombinovanog ciklusa (CCGT), koje koriste solarnu energiju i prirodni gas za okretanje turbina, generišući energiju. Sa CSP, izlazna energija iz dolazne solarne energije daje samo 16% neto električne energije. Proizvodnja CCGT energije daje ~55% neto električne energije, mnogo više nego samo CSP.

Od skromnih početaka

Anders Bo Skov i Mogens Brøndsted Nielsen sa Univerziteta u Kopenhagenu pokušavaju razviti molekul koji je sposoban za prikupljanje, skladištenje i oslobađanje sunčeve energije efikasnije od PV ili CSP. Koristeći dihidroazulen/vinil hepta fulvene sistem, skraćeno DHA/VHF, par je napravio veliki napredak u svom istraživanju. Jedan od problema na koji su se u početku susreli bio je da kako se kapacitet skladištenja DHA/VHF molekula povećavao, kapacitet za zadržavanje energije tokom dužeg vremenskog perioda opadao. Mogens Brøndsted Nielsen, profesor s Odsjeka za hemiju, rekao je „Bez obzira na to što smo učinili da to spriječimo, molekuli bi promijenili svoj oblik i oslobodili uskladištenu energiju nakon samo sat ili dva. Andersovo postignuće je da je uspio udvostručiti gustoću energije u molekulu koji može zadržati svoj oblik stotinu godina. Naš jedini problem sada je kako ga natjerati da ponovo oslobodi energiju. Čini se da molekul ne želi ponovo promijeniti svoj oblik.”

Budući da je oblik nove molekule stabilniji, može duže zadržati energiju, ali također olakšava rad s njom. Postoji teorijsko ograničenje koliko energije skup jedinica molekula može zadržati, to se zove gustina energije. Teoretski, 1 kilogram (2.2 funte) takozvane "savršene molekule" može pohraniti 1 megadžul energije, što znači da može zadržati maksimalnu količinu energije i osloboditi je po potrebi. Ovo je otprilike dovoljno energije za zagrijavanje 3 litre (0.8 galona) vode od sobne temperature do ključanja. Ista količina Skovljevih molekula može zagrijati 750 mililitara (3.2 litara) od sobne temperature do ključanja za 3 minute, ili 15 litara (4 galona) za jedan sat. Dok DHA/VHF molekuli ne mogu pohraniti toliko energije koliko "savršeni molekul" može, to je značajna količina.

Nauka koja stoji iza molekula

DHA/VHF sistem se sastoji od dva molekula, DHA i VHF. Molekul DHA je odgovoran za skladištenje sunčeve energije, a VHF je oslobađa. Oni to čine tako što mijenjaju oblik kada ih upoznaju s vanjskim podražajima, u ovom slučaju sunčevom svjetlošću i toplinom. Kada je DHA izložen sunčevoj svjetlosti, on pohranjuje sunčevu energiju, na taj način molekul mijenja svoj oblik u VHF oblik. Vremenom, VHF sakuplja toplotu, nakon što prikupi dovoljno, vraća se u svoj DHA oblik i oslobađa sunčevu energiju.

Na kraju dana

Anders Bo Skov je prilično uzbuđen zbog novog molekula, i to s dobrim razlogom. Iako još ne može da oslobodi energiju, Skov kaže: „Kada je u pitanju skladištenje solarne energije, naša najveća konkurencija dolazi od litijum-jonskih baterija, a litijum je otrovan metal. Moj molekul ne ispušta CO2, niti bilo koje druge hemijske spojeve dok radi. To je 'sunčevo u-napajanje'. A kada se molekul jednog dana istroši, razgradi se u boju koja se također nalazi u cvjetovima kamilice.” Ne samo da se molekul koristi u procesu koji oslobađa malo ili nimalo gasova staklene bašte tokom upotrebe, već i kada se na kraju razgradi to čini u inertnu hemikaliju koja se prirodno nalazi u životnoj sredini.