ახალი მოლეკულა მზის ენერგიის პოტენციალის დიდად გაძლიერების მიზნით

მზე არა მხოლოდ ენერგიის ყველაზე უხვი წყაროა ადამიანისთვის ცნობილი, ის უსასრულოდ განახლებადია, სანამ ის ჯერ კიდევ არსებობს. ის აგრძელებს გასაოცარი რაოდენობის ენერგიის გამომუშავებას ყოველდღიურად, წვიმს ან ბრწყინავს. მზის ენერგიის შეგროვება და შენახვა შესაძლებელია სხვადასხვა გზით, ხოლო მზის ენერგიის გამოყენება არ გამოყოფს სათბურის გაზებს, რამაც შესაძლოა შეამციროს კლიმატის ცვლილების გავლენა. ამ მიზეზების გამო, მზის ენერგია სულ უფრო ფართოდ შეირჩევა, როგორც განახლებადი ენერგიის ძირითადი წყარო. მხოლოდ დროის საკითხია, სანამ კაცობრიობა იპოვის მზის ენერგიის უფრო ეფექტურად გამოყენების გზებს – როგორიცაა ქვემოთ აღწერილი ინოვაცია.

მზის შუქის მანიპულირება

არსებობს მზის ენერგიის ორი ძირითადი ტიპი: ფოტოელექტრული (PV) და კონცენტრირებული მზის ენერგია (CSP), რომელიც ასევე ცნობილია როგორც მზის თერმული ენერგია. ფოტოელექტროსადგურები მზის შუქს პირდაპირ ელექტროენერგიად გარდაქმნის მზის პანელების მზის უჯრედების გამოყენებით. კონცენტრირებული მზის ენერგია იყენებს მზის შუქს სითხის გასათბობად, რომელიც გამოიმუშავებს ორთქლს და აძლიერებს ტურბინას ენერგიის შესაქმნელად. PV ამჟამად შეადგენს გლობალური მზის ენერგიის 98%-ს, ხოლო CSP, როგორც დარჩენილი 2%.

PV და CSP განსხვავდება მათი გამოყენების წესით, წარმოებული ენერგიით და მასალებით, რომლებიც გამოიყენება მათ მშენებლობაში. ენერგიის ეფექტურობა, რომელიც წარმოიქმნება PV-ით, მუდმივი რჩება მზის პანელის ზომასთან მიმართებაში, რაც იმას ნიშნავს, რომ უფრო მცირე მზის პანელზე გამოყენება არ გაზრდის ენერგიის წარმოების სიჩქარეს. ეს გამოწვეულია სისტემის ბალანსის (BOS) კომპონენტების გამო, რომლებიც ასევე გამოიყენება მზის პანელებში, რომელიც მოიცავს აპარატურას, კომბინატორებს და ინვერტორებს.

CSP-ით უფრო დიდი უკეთესია. რადგან ის იყენებს მზის სხივების სითბოს, რაც უფრო მეტი მზის შუქი შეიძლება შეგროვდეს, მით უკეთესი. ეს სისტემა ძალიან ჰგავს წიაღისეული საწვავის ელექტროსადგურებს, რომლებიც დღეს გამოიყენება. მთავარი განსხვავება ისაა, რომ CSP იყენებს სარკეებს, რომლებიც ასახავს სითბოს მზის სინათლედან სითბოს სითხეებში (ნახშირის ან ბუნებრივი აირის დაწვის ნაცვლად), რომლებიც წარმოქმნიან ორთქლს ტურბინების გადასაქცევად. ეს ასევე ხდის CSP-ს კარგად შეეფერება ჰიბრიდულ ქარხნებს, როგორიცაა კომბინირებული ციკლის გაზის ტურბინები (CCGT), რომლებიც იყენებენ მზის ენერგიას და ბუნებრივ აირს ტურბინების გადასაქცევად, ენერგიის წარმოქმნით. CSP-ით, შემომავალი მზის ენერგიის გამომუშავებული ენერგია იძლევა მხოლოდ 16% წმინდა ელექტროენერგიას. CCGT ენერგიის გამომუშავება იძლევა ~55% წმინდა ელექტროენერგიას, ბევრად მეტს, ვიდრე მარტო CSP.

თავმდაბალი დასაწყისიდან

ანდერს ბო სკოვი და მოგენს ბრონდსტედ ნილსენი კოპენჰაგენის უნივერსიტეტიდან ცდილობენ შეიმუშაონ მოლეკულა, რომელსაც შეუძლია მზის ენერგიის მოპოვება, შენახვა და გათავისუფლება უფრო ეფექტურად, ვიდრე PV ან CSP. დიჰიდროაზულენის/ვინილ ჰეპტა ფულვენის სისტემის გამოყენებით, მოკლედ DHA/VHF, წყვილმა დიდი წინსვლა მიაღწია თავის კვლევაში. ერთი პრობლემა, რომელიც მათ თავდაპირველად წააწყდნენ, იყო ის, რომ DHA/VHF მოლეკულების შენახვის ტევადობის მატებასთან ერთად, ენერგიის დიდი ხნის განმავლობაში შენახვის უნარი მცირდება. მოგენს ბრონდსტედ ნილსენმა, პროფესორმა ქიმიის დეპარტამენტიდან, თქვა: „მიუხედავად იმისა, თუ რა გავაკეთეთ ამის თავიდან ასაცილებლად, მოლეკულები იცვლიან ფორმას და გამოყოფენ შენახულ ენერგიას მხოლოდ ერთი ან ორი საათის შემდეგ. ანდერსის მიღწევა იყო ის, რომ მან მოახერხა ენერგიის სიმკვრივის გაორმაგება მოლეკულაში, რომელსაც შეუძლია შეინარჩუნოს მისი ფორმა ასი წლის განმავლობაში. ჩვენი ერთადერთი პრობლემა ახლა არის ის, თუ როგორ მივიღებთ მას ენერგიის ხელახლა გამოთავისუფლებას. როგორც ჩანს, მოლეკულას არ სურს თავისი ფორმის ხელახლა შეცვლა.

იმის გამო, რომ ახალი მოლეკულის ფორმა უფრო სტაბილურია, მას შეუძლია ენერგიის შენარჩუნება უფრო დიდხანს, მაგრამ ასევე აადვილებს მუშაობას. არსებობს თეორიული ზღვარი, თუ რამდენ ენერგიას იტევს მოლეკულების კომპლექტი ერთეული, ამას ეწოდება ენერგიის სიმკვრივე. თეორიულად, ეგრეთ წოდებულ „სრულყოფილ მოლეკულას“ 1 კილოგრამი (2.2 ფუნტი) შეუძლია 1 მეგაჯოული ენერგიის შენახვა, რაც ნიშნავს, რომ მას შეუძლია შეინარჩუნოს ენერგიის მაქსიმალური რაოდენობა და გაათავისუფლოს საჭიროებისამებრ. ეს არის დაახლოებით საკმარისი ენერგია 3 ლიტრი (0.8 გალონი) წყლის გასათბობად ოთახის ტემპერატურადან ადუღებამდე. სკოვის მოლეკულების იგივე რაოდენობას შეუძლია ოთახის ტემპერატურიდან ადუღებამდე 750 მილილიტრი (3.2 ლიტრი) გაცხელება 3 წუთში, ან 15 ლიტრი (4 გალონი) ერთ საათში. მიუხედავად იმისა, რომ DHA/VHF მოლეკულებს არ შეუძლიათ იმდენი ენერგიის შენახვა, რამდენიც „სრულყოფილ მოლეკულას“ შეუძლია, ეს მნიშვნელოვანი რაოდენობაა.

მეცნიერება მოლეკულის უკან

DHA/VHF სისტემა შედგება ორი მოლეკულისგან, DHA და VHF. DHA მოლეკულა პასუხისმგებელია მზის ენერგიის შენახვაზე და VHF ათავისუფლებს მას. ისინი ამას აკეთებენ ფორმის შეცვლით, როდესაც ეცნობიან გარე სტიმულს, ამ შემთხვევაში მზის შუქს და სითბოს. როდესაც DHA ექვემდებარება მზის სხივებს, ის ინახავს მზის ენერგიას, ამით მოლეკულა ცვლის თავის ფორმას VHF ფორმაში. დროთა განმავლობაში, VHF აგროვებს სითბოს, მას შემდეგ რაც საკმარისად შეგროვდება, ის უბრუნდება თავის DHA ფორმას და ათავისუფლებს მზის ენერგიას.

დღის ბოლოს

ანდერს ბო სკოვი საკმაოდ აღფრთოვანებულია ახალი მოლეკულით და კარგი მიზეზი აქვს. მიუხედავად იმისა, რომ მას ჯერ კიდევ არ შეუძლია ენერგიის გამოყოფა, სკოვი ამბობს: „როცა საქმე ეხება მზის ენერგიის შენახვას, ჩვენი ყველაზე დიდი კონკურენცია ლითიუმ-იონური ბატარეებიდან მოდის, ხოლო ლითიუმი მომწამვლელი ლითონია. ჩემი მოლეკულა არ ათავისუფლებს არც CO2-ს და არც სხვა ქიმიურ ნაერთებს მუშაობისას. ეს არის "მზის გამორთვა". და როდესაც მოლეკულა ერთ დღეს იწურება, იგი იშლება საღებავებამდე, რომელიც ასევე გვხვდება გვირილის ყვავილებში“. მოლეკულა გამოიყენება არა მხოლოდ იმ პროცესში, რომელიც ათავისუფლებს სათბურის აირებს მისი გამოყენების დროს, როდესაც ის საბოლოოდ იშლება ინერტულ ქიმიკატად, რომელიც ბუნებრივად გვხვდება გარემოში.