太陽エネルギーの可能性を大幅に増幅する新しい分子

太陽は、人類が知っている最も豊富なエネルギー源であるだけでなく、存在する限り、無限に再生可能です。 雨でも晴れでも、毎日驚くほどの量のエネルギーを生成し続けています。 太陽エネルギーはさまざまな方法で収集および保存でき、太陽エネルギーの使用は温室効果ガスを排出しないため、気候変動の影響を軽減するのに役立つ可能性があります。 これらの理由から、太陽エネルギーは、再生可能エネルギーの主要な供給源としてより広く選択されるようになっています。 以下に説明するイノベーションのように、人類が太陽エネルギーをより効率的に利用する方法を見つけるのは時間の問題です。

日光を操作する

太陽エネルギーには、太陽光発電 (PV) と、太陽熱発電とも呼ばれる集光型太陽光発電 (CSP) の 98 種類があります。 太陽光発電は、ソーラー パネルの太陽電池を使用して太陽光を直接電気に変換します。 集光型太陽光発電は、太陽光を利用して流体を加熱し、蒸気を発生させてタービンに電力を供給してエネルギーを生成します。 PV は現在、世界の太陽エネルギーの 2% を占めており、CSP は残りの XNUMX% です。

PV と CSP は、使用方法、生成されるエネルギー、および構築に使用される材料が異なります。 PV で生成されるエネルギーの効率は、ソーラー パネルのサイズによって一定に保たれます。つまり、大きいソーラー パネルよりも小さいソーラー パネルを使用しても、エネルギー生産率は増加しません。 これは、ハードウェア、コンバイナー ボックス、およびインバーターを含む、ソーラー パネルでも使用されるバランス オブ システム (BOS) コンポーネントによるものです。

CSP では、大きいほど優れています。 太陽光線の熱を利用するため、より多くの太陽光を集めることができます。 このシステムは、現在使用されている化石燃料発電所と非常によく似ています。 主な違いは、CSP が太陽光からの熱を反射するミラーを使用して (石炭や天然ガスを燃焼させる代わりに) 流体を加熱し、蒸気を生成してタービンを回すことです。 これにより、CSP は、太陽エネルギーと天然ガスを使用してタービンを回してエネルギーを生成する複合サイクル ガス タービン (CCGT) などのハイブリッド プラントにも適しています。 CSP を使用すると、入射する太陽エネルギーからのエネルギー出力は、わずか 16% の正味電力になります。 CCGT のエネルギー出力は、CSP 単独よりもはるかに多く、約 55% の正味電力を生み出します。

謙虚な始まりから

コペンハーゲン大学の Anders Bo Skov と Mogens Brøndsted Nielsen は、PV や CSP よりも効率的に太陽エネルギーを収集、貯蔵、放出できる分子の開発を試みています。 ジヒドロアズレン/ビニルヘプタフルベンシステム、略してDHA/VHFを使用して、ペアは研究で大きな進歩を遂げました. 彼らが最初に直面した問題の XNUMX つは、DHA/VHF 分子の貯蔵容量が増加するにつれて、エネルギーを長期間保持する能力が低下することでした。 化学科のモーゲンス・ブレンステッド・ニールセン教授は、次のように述べています。 アンダースの業績は、XNUMX 年間その形状を保持できる分子のエネルギー密度を XNUMX 倍にすることに成功したことです。 私たちの唯一の問題は、エネルギーを再び解放する方法です。 分子は再びその形状を変えたくないようです。」

新しい分子の形状はより安定しているため、エネルギーをより長く保持できますが、扱いやすくなります. 分子の設定単位が保持できるエネルギー量には理論上の限界があり、これをエネルギー密度と呼びます。 理論的には、1 キログラム (2.2 ポンド) のいわゆる「完全な分子」は 1 メガジュールのエネルギーを蓄えることができます。つまり、最大量のエネルギーを保持し、必要に応じて放出することができます。 これは、約 3 リットル (0.8 ガロン) の水を室温から沸騰させるのに十分なエネルギーです。 同量のスコフ分子は、室温から沸騰まで 750 分で 3.2 ミリリットル (3 クォート)、15 時間で 4 リットル (XNUMX ガロン) を加熱することができます。 DHA/VHF 分子は「完全な分子」ほど多くのエネルギーを蓄えることはできませんが、かなりの量です。

分子の背後にある科学

DHA/VHF システムは、DHA と VHF の XNUMX つの分子で構成されています。 DHA 分子は太陽エネルギーを蓄え、VHF はそれを放出します。 それらは、外部刺激、この場合は日光と熱にさらされると形を変えることによってこれを行います. DHA が太陽光にさらされると、太陽エネルギーを蓄え、そうすることで分子の形状が VHF 型に変化します。 時間の経過とともに、VHF は熱を収集し、十分に収集されると、DHA の形に戻り、太陽エネルギーを放出します。

一日の終わりに

Anders Bo Skov は、この新しい分子にかなり興奮していますが、それには正当な理由があります。 まだエネルギーを放出することはできませんが、Skov 氏は次のように述べています。 私の分子は、作業中にCO2も他の化合物も放出しません。 「太陽光インパワーアウト」です。 そして分子が消耗すると、カモミールの花にも見られる着色剤に分解されます。」 使用中に温室効果ガスをほとんどまたはまったく放出しないプロセスで分子が使用されるだけでなく、最終的に環境に自然に存在する不活性化学物質に分解されます。