सौर ऊर्जा की क्षमता को व्यापक रूप से बढ़ाने के लिए नया अणु

सूर्य न केवल मनुष्य के लिए ज्ञात ऊर्जा का सबसे प्रचुर स्रोत है, बल्कि जब तक यह है तब तक यह असीम रूप से नवीकरणीय है। यह दैनिक आधार पर, बारिश हो या धूप, आश्चर्यजनक मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न करना जारी रखता है। सौर ऊर्जा को कई अलग-अलग तरीकों से एकत्र और संग्रहीत किया जा सकता है, और सौर ऊर्जा के उपयोग से ग्रीनहाउस गैसों का उत्सर्जन नहीं होता है, जिससे जलवायु परिवर्तन के प्रभाव को कम करने में मदद मिल सकती है। इन कारणों से, अक्षय ऊर्जा के प्राथमिक स्रोत के रूप में सौर ऊर्जा अधिक व्यापक रूप से चुनी जा रही है। यह केवल समय की बात है जब तक कि मानवता सौर ऊर्जा का अधिक कुशलता से उपयोग करने के तरीके नहीं खोज लेती - जैसे कि नीचे वर्णित नवाचार।

सूरज की रोशनी में हेरफेर

सौर ऊर्जा के दो मुख्य प्रकार हैं: फोटोवोल्टिक्स (पीवी), और केंद्रित सौर ऊर्जा (सीएसपी), जिसे सौर तापीय ऊर्जा भी कहा जाता है। फोटोवोल्टिक्स सौर पैनलों में सौर कोशिकाओं का उपयोग करके सूर्य के प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करता है। केंद्रित सौर ऊर्जा एक तरल पदार्थ को गर्म करने के लिए सूर्य के प्रकाश का उपयोग करती है जो भाप उत्पन्न करती है और ऊर्जा बनाने के लिए टरबाइन को शक्ति प्रदान करती है। पीवी में वर्तमान में 98% वैश्विक सौर ऊर्जा शामिल है, शेष 2% के रूप में सीएसपी के साथ।

पीवी और सीएसपी उनके उपयोग के तरीके, उत्पादित ऊर्जा और उनके निर्माण में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में भिन्न होते हैं। पीवी के साथ उत्पादित ऊर्जा की दक्षता सौर पैनल के आकार के साथ स्थिर रहती है, जिसका अर्थ है कि बड़े सौर पैनल पर छोटे का उपयोग करने से ऊर्जा उत्पादन की दर में वृद्धि नहीं होगी। यह बैलेंस-ऑफ-सिस्टम (बीओएस) घटकों के कारण है जो सौर पैनलों में भी उपयोग किए जाते हैं, जिसमें हार्डवेयर, कंबाइनर बॉक्स और इनवर्टर शामिल हैं।

सीएसपी के साथ, बड़ा बेहतर है। चूंकि यह सूर्य की किरणों की गर्मी का उपयोग करता है, इसलिए जितना अधिक सूर्य का प्रकाश एकत्र किया जा सकता है, उतना ही बेहतर है। यह प्रणाली आज उपयोग में आने वाले जीवाश्म ईंधन बिजली संयंत्रों के समान है। मुख्य अंतर यह है कि सीएसपी उन दर्पणों का उपयोग करता है जो सूर्य के प्रकाश से ताप तरल पदार्थ (कोयला या प्राकृतिक गैस जलाने के बजाय) को प्रतिबिंबित करते हैं, जो टर्बाइनों को चालू करने के लिए भाप उत्पन्न करते हैं। यह सीएसपी को संयुक्त चक्र गैस टर्बाइन (सीसीजीटी) जैसे संकर संयंत्रों के लिए भी उपयुक्त बनाता है, जो टर्बाइनों को चालू करने के लिए सौर ऊर्जा और प्राकृतिक गैस का उपयोग करते हैं, ऊर्जा पैदा करते हैं। सीएसपी के साथ, आने वाली सौर ऊर्जा से ऊर्जा उत्पादन केवल 16% शुद्ध बिजली पैदा करता है। सीसीजीटी ऊर्जा उत्पादन से ~55% शुद्ध बिजली प्राप्त होती है, जो अकेले सीएसपी से कहीं अधिक है।

विनम्र शुरुआत से

कोपेनहेगन विश्वविद्यालय से एंडर्स बो स्कोव और मोगेंस ब्रॉन्स्टेड नील्सन एक अणु विकसित करने का प्रयास कर रहे हैं जो पीवी या सीएसपी की तुलना में अधिक कुशलता से सौर ऊर्जा को संचयन, भंडारण और जारी करने में सक्षम है। dihydroazulene/vinyl hepta fulvene सिस्टम, संक्षेप में DHA/VHF का उपयोग करके, जोड़ी ने अपने शोध में काफी प्रगति की है। शुरू में उनके सामने एक समस्या यह थी कि जैसे-जैसे डीएचए/वीएचएफ अणुओं की भंडारण क्षमता बढ़ती गई, समय की एक विस्तारित अवधि में ऊर्जा को धारण करने की क्षमता कम हो गई। रसायन विज्ञान विभाग के एक प्रोफेसर मोगेंस ब्रॉन्स्टेड नीलसन ने कहा, "चाहे हमने इसे रोकने के लिए जो भी किया हो, अणु अपना आकार वापस बदल लेंगे और संग्रहीत ऊर्जा को सिर्फ एक या दो घंटे के बाद छोड़ देंगे। एंडर्स की उपलब्धि यह थी कि उन्होंने एक अणु में ऊर्जा घनत्व को दोगुना करने में कामयाबी हासिल की जो सौ साल तक अपना आकार बनाए रख सकता है। अब हमारी एकमात्र समस्या यह है कि हम इसे फिर से ऊर्जा मुक्त करने के लिए कैसे प्राप्त करें। अणु अपने आकार को फिर से बदलना नहीं चाहता है।"

चूंकि नए अणु का आकार अधिक स्थिर है, इसलिए यह अधिक समय तक ऊर्जा धारण कर सकता है, लेकिन इससे काम करना भी आसान हो जाता है। अणुओं की एक सेट इकाई कितनी ऊर्जा धारण कर सकती है, इसकी एक सैद्धांतिक सीमा है, इसे ऊर्जा घनत्व कहा जाता है। सैद्धांतिक रूप से तथाकथित "परिपूर्ण अणु" का 1 किलोग्राम (2.2 पाउंड) 1 मेगाजूल ऊर्जा संग्रहीत कर सकता है, जिसका अर्थ है कि यह ऊर्जा की अधिकतम मात्रा को धारण कर सकता है और इसे आवश्यकतानुसार जारी कर सकता है। यह लगभग 3 लीटर (0.8 गैलन) पानी को कमरे के तापमान से उबलने तक गर्म करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा है। स्कोव के अणुओं की समान मात्रा कमरे के तापमान से 750 मिलीलीटर (3.2 क्वार्ट्स) को उबालने के लिए 3 मिनट या 15 लीटर (4 गैलन) एक घंटे में गर्म कर सकती है। जबकि डीएचए/वीएचएफ अणु उतनी ऊर्जा संग्रहित नहीं कर सकते जितनी कि एक "संपूर्ण अणु" कर सकता है, यह एक महत्वपूर्ण मात्रा है।

अणु के पीछे का विज्ञान

डीएचए/वीएचएफ प्रणाली दो अणुओं, डीएचए और वीएचएफ से बनी है। डीएचए अणु सौर ऊर्जा के भंडारण के लिए जिम्मेदार है, और वीएचएफ इसे जारी करता है। बाहरी उत्तेजना, इस मामले में सूरज की रोशनी और गर्मी से परिचित होने पर वे आकार बदलते हैं। जब डीएचए सूर्य के प्रकाश के संपर्क में आता है तो यह सौर ऊर्जा को संग्रहीत करता है, ऐसा करने से अणु अपना आकार वीएचएफ रूप में बदल लेता है। समय के साथ, VHF गर्मी एकत्र करता है, एक बार जब यह पर्याप्त मात्रा में एकत्र हो जाता है तो यह अपने DHA फॉर्म में वापस आ जाता है और सौर ऊर्जा को छोड़ता है।

आखिरकार दिन के अंत में

एंडर्स बो स्कोव नए अणु के बारे में और अच्छे कारण से उत्साहित हैं। भले ही यह अभी तक ऊर्जा जारी नहीं कर सकता है, स्कोव कहते हैं, “जब सौर ऊर्जा के भंडारण की बात आती है, तो हमारी सबसे बड़ी प्रतियोगिता लिथियम-आयन बैटरी से होती है, और लिथियम एक जहरीली धातु है। मेरा अणु काम करते समय न तो CO2 और न ही कोई अन्य रासायनिक यौगिक छोड़ता है। यह 'सनलाइट इन-पॉवर आउट' है। और जब अणु एक दिन खराब हो जाता है, तो यह एक रंगीन रंग में बदल जाता है जो कैमोमाइल फूलों में भी पाया जाता है। न केवल अणु का उपयोग एक ऐसी प्रक्रिया में किया जाता है जो इसके उपयोग के दौरान बहुत कम ग्रीनहाउस गैसों को जारी करता है, जब यह अंततः खराब हो जाता है तो यह एक निष्क्रिय रसायन में ऐसा करता है जो स्वाभाविक रूप से पर्यावरण में पाया जाता है।