સૌર ઉર્જા ક્ષમતાને વ્યાપકપણે વિસ્તૃત કરવા માટે નવા પરમાણુ

સૂર્ય એ માણસ માટે જાણીતો ઉર્જાનો સૌથી વિપુલ સ્ત્રોત છે એટલું જ નહીં, તે અનંત રીતે નવીનીકરણીય છે, જ્યાં સુધી તે હજુ પણ છે. તે દૈનિક ધોરણે, વરસાદ અથવા ચમકવા પર આશ્ચર્યજનક માત્રામાં ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવાનું ચાલુ રાખે છે. સૌર ઉર્જા ઘણી અલગ અલગ રીતે એકત્રિત અને સંગ્રહિત કરી શકાય છે, અને સૌર ઉર્જાનો ઉપયોગ ગ્રીનહાઉસ વાયુઓનું ઉત્સર્જન કરતું નથી, જે આબોહવા પરિવર્તનની અસરને ઘટાડવામાં મદદ કરી શકે છે. આ કારણોસર, સૌર ઉર્જા પુનઃપ્રાપ્ય ઉર્જા માટે પ્રાથમિક સ્ત્રોત તરીકે વધુ વ્યાપકપણે પસંદ કરવામાં આવી રહી છે. જ્યાં સુધી માનવતા સૌર ઉર્જાનો વધુ કાર્યક્ષમ ઉપયોગ કરવાની રીતો શોધે ત્યાં સુધી તે માત્ર સમયની બાબત છે - જેમ કે નીચે વર્ણવેલ નવીનતા.

સૂર્યપ્રકાશની હેરફેર

સૌર ઊર્જાના બે મુખ્ય પ્રકાર છે: ફોટોવોલ્ટેઇક્સ (PV), અને કેન્દ્રિત સૌર ઉર્જા (CSP), જેને સૌર ઉષ્મીય શક્તિ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. ફોટોવોલ્ટેઇક્સ સોલાર પેનલ્સમાં સોલાર સેલનો ઉપયોગ કરીને સૂર્યપ્રકાશને સીધા વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરે છે. કેન્દ્રિત સૌર શક્તિ પ્રવાહીને ગરમ કરવા માટે સૂર્યપ્રકાશનો ઉપયોગ કરે છે જે વરાળ ઉત્પન્ન કરે છે અને ઊર્જા બનાવવા માટે ટર્બાઇનને શક્તિ આપે છે. PV હાલમાં વૈશ્વિક સૌર ઉર્જાનો 98% સમાવેશ કરે છે, બાકીના 2% તરીકે CSP.

PV અને CSP તેનો ઉપયોગ કરવાની રીત, ઉત્પન્ન થતી ઉર્જા અને તેમના બાંધકામમાં વપરાતી સામગ્રીમાં ભિન્ન હોય છે. PV સાથે ઉત્પન્ન થતી ઊર્જાની કાર્યક્ષમતા સૌર પેનલના કદ સાથે સ્થિર રહે છે, એટલે કે મોટી સોલર પેનલ પર નાની વાપરવાથી ઊર્જા ઉત્પાદનનો દર વધશે નહીં. આ બેલેન્સ-ઓફ-સિસ્ટમ (BOS) ઘટકોને કારણે છે જેનો ઉપયોગ સૌર પેનલ્સમાં પણ થાય છે, જેમાં હાર્ડવેર, કમ્બાઇનર બોક્સ અને ઇન્વર્ટરનો સમાવેશ થાય છે.

CSP સાથે, મોટું વધુ સારું છે. કારણ કે તે સૂર્યના કિરણોમાંથી ગરમીનો ઉપયોગ કરે છે, વધુ સૂર્યપ્રકાશ જે વધુ સારી રીતે એકત્રિત કરી શકાય છે. આ સિસ્ટમ આજે ઉપયોગમાં લેવાતા અશ્મિભૂત ઇંધણ પાવર પ્લાન્ટ જેવી જ છે. મુખ્ય તફાવત એ છે કે CSP અરીસાઓનો ઉપયોગ કરે છે જે સૂર્યપ્રકાશથી ગરમીના પ્રવાહીમાં (કોલસા અથવા કુદરતી ગેસને બાળવાને બદલે) ગરમીને પ્રતિબિંબિત કરે છે, જે ટર્બાઇનને ફેરવવા માટે વરાળ ઉત્પન્ન કરે છે. આ CSP ને હાઇબ્રિડ પ્લાન્ટ્સ માટે પણ યોગ્ય બનાવે છે, જેમ કે કમ્બાઇન્ડ સાયકલ ગેસ ટર્બાઇન (CCGT), જે ટર્બાઇન ચાલુ કરવા માટે સૌર ઊર્જા અને કુદરતી ગેસનો ઉપયોગ કરે છે, ઊર્જા ઉત્પન્ન કરે છે. CSP સાથે, આવનારી સૌર ઉર્જામાંથી ઉર્જા ઉત્પાદન માત્ર 16% ચોખ્ખી વીજળી આપે છે. CCGT એનર્જી આઉટપુટ ~55% ચોખ્ખી વીજળી આપે છે, એકલા CSP કરતાં ઘણું વધારે.

નમ્ર શરૂઆતથી

કોપનહેગન યુનિવર્સિટીના એન્ડર્સ બો સ્કોવ અને મોજેન્સ બ્રૉન્ડસ્ટેડ નીલ્સન એવા પરમાણુ વિકસાવવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા છે જે PV અથવા CSP કરતાં વધુ કાર્યક્ષમ રીતે સૌર ઊર્જાને લણણી, સંગ્રહ અને મુક્ત કરવામાં સક્ષમ હોય. ડાયહાઇડ્રોઆઝુલીન/વિનાઇલ હેપ્ટા ફુલવેન સિસ્ટમ, ટૂંકમાં DHA/VHF નો ઉપયોગ કરીને, આ જોડીએ તેમના સંશોધનમાં ઘણી પ્રગતિ કરી છે. તેઓને શરૂઆતમાં એક સમસ્યા આવી હતી કે જેમ જેમ DHA/VHF પરમાણુઓની સંગ્રહ ક્ષમતામાં વધારો થતો ગયો તેમ તેમ લાંબા સમય સુધી ઊર્જાને પકડી રાખવાની ક્ષમતામાં ઘટાડો થયો. રસાયણશાસ્ત્ર વિભાગના પ્રોફેસર, મોજેન્સ બ્રૉન્ડસ્ટેડ નીલ્સને જણાવ્યું હતું કે "અમે તેને રોકવા માટે શું કર્યું તે ધ્યાનમાં લીધા વિના, પરમાણુઓ તેમનો આકાર બદલી નાખશે અને માત્ર એક કે બે કલાક પછી સંગ્રહિત ઊર્જાને મુક્ત કરશે. એન્ડર્સની સિદ્ધિ એ હતી કે તેણે પરમાણુમાં ઊર્જાની ઘનતા બમણી કરી જે તેના આકારને સો વર્ષ સુધી જાળવી શકે. હવે આપણી એકમાત્ર સમસ્યા એ છે કે આપણે તેને ફરીથી ઊર્જા છોડવા માટે કેવી રીતે મેળવીએ છીએ. પરમાણુ ફરીથી તેનો આકાર બદલવા માંગતો નથી."

નવા પરમાણુનો આકાર વધુ સ્થિર હોવાથી તે ઊર્જાને લાંબા સમય સુધી પકડી શકે છે, પરંતુ તે તેની સાથે કામ કરવાનું પણ સરળ બનાવે છે. પરમાણુઓનો સમૂહ એકમ કેટલી ઊર્જા ધરાવે છે તેની એક સૈદ્ધાંતિક મર્યાદા છે, તેને ઊર્જા ઘનતા કહેવામાં આવે છે. સૈદ્ધાંતિક રીતે 1 કિલોગ્રામ (2.2 પાઉન્ડ) કહેવાતા "સંપૂર્ણ પરમાણુ" 1 મેગાજ્યૂલ ઊર્જાનો સંગ્રહ કરી શકે છે, એટલે કે તે ઊર્જાનો મહત્તમ જથ્થો પકડી શકે છે અને તેને આવશ્યકતા મુજબ મુક્ત કરી શકે છે. ઓરડાના તાપમાને ઉકળતા સુધી 3 લિટર (0.8 ગેલન) પાણીને ગરમ કરવા માટે આ લગભગ પૂરતી ઊર્જા છે. સ્કોવના અણુઓની સમાન માત્રા 750 મિલીલીટર (3.2 ક્વાર્ટ્સ) ઓરડાના તાપમાનેથી 3 મિનિટમાં ઉકળતા સુધી અથવા એક કલાકમાં 15 લિટર (4 ગેલન) ગરમ કરી શકે છે. જ્યારે DHA/VHF પરમાણુઓ "સંપૂર્ણ પરમાણુ" જેટલી ઊર્જા સંગ્રહિત કરી શકતા નથી, તે નોંધપાત્ર રકમ છે.

પરમાણુ પાછળનું વિજ્ઞાન

DHA/VHF સિસ્ટમ બે પરમાણુઓથી બનેલી છે, DHA અને VHF. DHA પરમાણુ સૌર ઉર્જાનો સંગ્રહ કરવા માટે જવાબદાર છે, અને VHF તેને મુક્ત કરે છે. જ્યારે બાહ્ય ઉત્તેજનાનો પરિચય થાય ત્યારે તેઓ આકાર બદલીને આ કરે છે, આ કિસ્સામાં સૂર્યપ્રકાશ અને ગરમી. જ્યારે DHA સૂર્યપ્રકાશના સંપર્કમાં આવે છે ત્યારે તે સૌર ઊર્જાનો સંગ્રહ કરે છે, આમ કરવાથી પરમાણુ તેના આકારને VHF સ્વરૂપમાં બદલી નાખે છે. સમય જતાં, VHF ગરમી એકત્ર કરે છે, એકવાર તે પર્યાપ્ત માત્રામાં એકત્રિત થઈ જાય તે પછી તે તેના DHA સ્વરૂપમાં પાછું ફરે છે અને સૌર ઊર્જા છોડે છે.

દિવસ ના અંતે

એન્ડર્સ બો સ્કોવ નવા પરમાણુ વિશે અને સારા કારણોસર ઉત્સાહિત છે. તેમ છતાં તે હજુ સુધી ઉર્જા મુક્ત કરી શકતું નથી, સ્કોવ કહે છે “જ્યારે સૌર ઉર્જાનો સંગ્રહ કરવાની વાત આવે છે, ત્યારે આપણી સૌથી મોટી સ્પર્ધા લિથિયમ-આયન બેટરીમાંથી આવે છે, અને લિથિયમ એક ઝેરી ધાતુ છે. મારા પરમાણુ કામ કરતી વખતે ન તો CO2 કે અન્ય કોઈ રાસાયણિક સંયોજનો છોડતા નથી. તે 'સૂર્યપ્રકાશ ઇન-પાવર આઉટ' છે. અને જ્યારે પરમાણુ એક દિવસ ખતમ થઈ જાય છે, ત્યારે તે કલરન્ટ બની જાય છે જે કેમોલી ફૂલોમાં પણ જોવા મળે છે.” માત્ર પરમાણુનો ઉપયોગ એવી પ્રક્રિયામાં થતો નથી કે જે તેના ઉપયોગ દરમિયાન ગ્રીનહાઉસ વાયુઓ છોડતા નથી, જ્યારે તે આખરે અધોગતિ કરે છે ત્યારે તે પર્યાવરણમાં કુદરતી રીતે જોવા મળતા નિષ્ક્રિય રસાયણમાં પરિણમે છે.