Nová molekula, která výrazně zesílí potenciál sluneční energie

Slunce je nejen nejhojnějším zdrojem energie, který člověk zná, ale je nekonečně obnovitelné, pokud tam ještě je. Nadále generuje ohromující množství energie na denní bázi, ať už za deště nebo za slunečného počasí. Sluneční energii lze shromažďovat a skladovat mnoha různými způsoby a využívání solární energie nevypouští skleníkové plyny, což může pomoci snížit dopad změny klimatu. Z těchto důvodů je solární energie stále více vybírána jako primární zdroj obnovitelné energie. Je jen otázkou času, kdy lidstvo najde způsoby, jak efektivněji využívat solární energii – jako je inovace popsaná níže.

Manipulace se slunečním světlem

Existují dva hlavní typy solární energie: fotovoltaika (PV) a koncentrovaná solární energie (CSP), také známá jako solární tepelná energie. Fotovoltaika přeměňuje sluneční světlo přímo na elektřinu pomocí solárních článků v solárních panelech. Koncentrovaná solární energie využívá sluneční světlo k ohřevu tekutiny, která generuje páru a pohání turbínu k výrobě energie. FV v současnosti tvoří 98 % celosvětové solární energie, zbývající 2 % tvoří CSP.

PV a CSP se liší způsobem, jakým se používají, vyrobenou energií a materiály, které jsou použity při jejich konstrukci. Účinnost energie vyrobené pomocí FV zůstává konstantní s velikostí solárního panelu, což znamená, že použití menšího solárního panelu oproti většímu nezvýší rychlost výroby energie. Je to kvůli komponentám Balance-of-System (BOS), které se také používají v solárních panelech, což zahrnuje hardware, slučovací boxy a invertory.

S CSP platí, že větší je lepší. Vzhledem k tomu, že využívá teplo ze slunečních paprsků, čím více slunečního světla lze zachytit, tím lépe. Tento systém je velmi podobný dnes používaným elektrárnám na fosilní paliva. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že CSP používá zrcadla, která odrážejí teplo ze slunečního světla k ohřevu tekutin (místo spalování uhlí nebo zemního plynu), které vytvářejí páru pro otáčení turbín. Díky tomu se CSP také dobře hodí pro hybridní elektrárny, jako jsou plynové turbíny s kombinovaným cyklem (CCGT), které využívají solární energii a zemní plyn k otáčení turbín a generování energie. S CSP poskytuje energetický výstup z příchozí solární energie pouze 16 % čisté elektřiny. Výstup energie CCGT poskytuje ~55 % čisté elektřiny, mnohem více než samotný CSP.

Od skromných začátků

Anders Bo Skov a Mogens Brøndsted Nielsen z Kodaňské univerzity se pokoušejí vyvinout molekulu, která je schopna sklízet, ukládat a uvolňovat solární energii efektivněji než PV nebo CSP. Pomocí systému dihydroazulen/vinyl hepta fulvene, zkráceně DHA/VHF, dosáhla dvojice ve svém výzkumu velkého pokroku. Jedním z problémů, se kterými se zpočátku setkali, bylo to, že jak se skladovací kapacita molekul DHA/VHF zvyšovala, snižovala se kapacita udržet energii po delší časové období. Mogens Brøndsted Nielsen, profesor z katedry chemie, řekl: „Bez ohledu na to, co jsme udělali, abychom tomu zabránili, molekuly změní svůj tvar zpět a uvolní uloženou energii po pouhé hodině nebo dvou. Andersovým úspěchem bylo, že se mu podařilo zdvojnásobit hustotu energie v molekule, která dokáže držet svůj tvar sto let. Naším jediným problémem teď je, jak ho přimět, aby znovu uvolnil energii. Zdá se, že molekula nechce znovu změnit svůj tvar."

Protože je tvar nové molekuly stabilnější, může déle udržet energii, ale také usnadňuje práci. Existuje teoretický limit, kolik energie může daná jednotka molekul pojmout, tomu se říká hustota energie. Teoreticky 1 kilogram (2.2 libry) takzvané „dokonalé molekuly“ může uložit 1 megajoule energie, což znamená, že může pojmout maximální množství energie a podle potřeby ji uvolnit. To je přibližně dost energie na zahřátí 3 litrů (0.8 galonu) vody z pokojové teploty do varu. Stejné množství Skovových molekul dokáže zahřát 750 mililitrů (3.2 litru) z pokojové teploty do varu za 3 minuty nebo 15 litrů (4 galony) za jednu hodinu. Zatímco molekuly DHA/VHF nedokážou uložit tolik energie jako „dokonalá molekula“, je to značné množství.

Věda za molekulou

Systém DHA/VHF se skládá ze dvou molekul, DHA a VHF. Molekula DHA je zodpovědná za ukládání sluneční energie a VHF ji uvolňuje. Dělají to změnou tvaru, když jsou vystaveny vnějším podnětům, v tomto případě slunečnímu záření a teplu. Když je DHA vystavena slunečnímu záření, uchovává sluneční energii, čímž molekula mění svůj tvar na formu VHF. V průběhu času VHF shromažďuje teplo, jakmile nashromáždí dostatek, vrátí se zpět do své formy DHA a uvolní sluneční energii.

Konec konců

Anders Bo Skov je z nové molekuly spíše nadšený a má k tomu dobrý důvod. I když ještě nedokáže uvolňovat energii, Skov říká: „Pokud jde o skladování solární energie, naší největší konkurencí jsou lithium-iontové baterie a lithium je jedovatý kov. Moje molekula při práci neuvolňuje CO2 ani žádné jiné chemické sloučeniny. Je to „výstup slunečního světla“. A když se molekula jednoho dne opotřebuje, degraduje na barvivo, které se také nachází v květech heřmánku.“ Nejen, že se molekula používá v procesu, který během svého použití neuvolňuje téměř žádné skleníkové plyny, ale když se nakonec degraduje, dělá to inertní chemikálii, která se přirozeně vyskytuje v životním prostředí.