Күн энергиясының әлеуетін едәуір арттыратын жаңа молекула

Күн адамға белгілі энергияның ең мол көзі ғана емес, ол әлі де бар болса, ол шексіз жаңартылатын. Ол күн сайын, жаңбырда немесе жылтырда таңғажайып энергия өндіруді жалғастыруда. Күн энергиясын әртүрлі тәсілдермен жинауға және сақтауға болады, ал күн энергиясын пайдалану климаттың өзгеруінің әсерін азайтуға көмектесетін парниктік газдарды шығармайды. Осы себептерге байланысты күн энергиясы жаңартылатын энергияның негізгі көзі ретінде кеңірек таңдалуда. Адамзат төменде сипатталған инновация сияқты күн энергиясын тиімдірек пайдалану жолдарын тапқанша уақыт мәселесі.

Күн сәулесін манипуляциялау

Күн энергиясының екі негізгі түрі бар: фотоэлектр (PV) және күн жылу энергиясы деп те белгілі шоғырланған күн энергиясы (CSP). Фотоэлектриктер күн батареяларындағы күн батареяларын пайдаланып күн сәулесін тікелей электр энергиясына айналдырады. Концентрленген күн энергиясы бу шығаратын сұйықтықты қыздыру үшін күн сәулесін пайдаланады және энергия жасау үшін турбинаға қуат береді. Қазіргі уақытта PV жаһандық күн энергиясының 98% құрайды, ал CSP қалған 2%.

PV және CSP пайдалану тәсіліне, өндірілетін энергияға және олардың құрылысында қолданылатын материалдарға байланысты өзгереді. PV көмегімен өндірілетін энергияның тиімділігі күн панелінің өлшеміне байланысты тұрақты болып қалады, яғни үлкенірек күн панелінен кішірек пайдалану энергия өндіру жылдамдығын арттырмайды. Бұл аппараттық құралдарды, комбайн қораптарын және инверторларды қамтитын күн панельдерінде де қолданылатын Жүйе балансы (BOS) құрамдастарына байланысты.

CSP көмегімен үлкенірек жақсырақ. Ол күн сәулесінен түсетін жылуды пайдаланатындықтан, көбірек күн сәулесін жинауға болады. Бұл жүйе қазіргі кезде қолданылатын қазбалы отын электр станцияларына өте ұқсас. Негізгі айырмашылығы, CSP турбиналарды айналдыру үшін бу шығаратын күн сәулесінен жылу сұйықтықтарына (көмірді немесе табиғи газды жағудың орнына) жылуды көрсететін айналарды пайдаланады. Бұл сонымен қатар CSP-ті энергия өндіретін турбиналарды айналдыру үшін күн энергиясы мен табиғи газды пайдаланатын аралас циклді газ турбинасы (CCGT) сияқты гибридті қондырғылар үшін өте қолайлы етеді. CSP көмегімен түсетін күн энергиясынан алынатын энергия тек 16% таза электр энергиясын береді. CCGT энергиясын өндіру ~55% таза электр энергиясын береді, бұл тек CSP-тен әлдеқайда көп.

Кішіпейіл бастаулардан

Копенгаген университетінен Андерс Бо Сков және Могенс Брондстед Нильсен күн энергиясын PV немесе CSP-ге қарағанда тиімдірек жинауға, сақтауға және шығаруға қабілетті молекуланы жасауға тырысуда. Дигидроазулен/винил гепта фульвен жүйесін, қысқаша айтқанда DHA/VHF көмегімен жұп өз зерттеулерінде үлкен жетістіктерге жетті. Бастапқыда олар кездестірген бір мәселе, DHA/VHF молекулаларының сақтау сыйымдылығы артқан сайын, энергияны ұзақ уақыт бойы ұстау қабілеті төмендеді. Могенс Брондстед Нильсен, химия кафедрасының профессоры: «Оның алдын алу үшін не істегенімізге қарамастан, молекулалар пішінін өзгертіп, бір-екі сағаттан кейін жинақталған энергияны босатады. Андерстің жетістігі оның пішінін жүз жыл бойы ұстай алатын молекуладағы энергия тығыздығын екі есе арттыра алуында болды. Біздің жалғыз мәселе - бұл энергияны қайтадан босату үшін оны қалай аламыз. Молекула өзінің пішінін қайтадан өзгерткісі келмейтін сияқты».

Жаңа молекуланың пішіні неғұрлым тұрақты болғандықтан, ол энергияны ұзақ ұстай алады, бірақ сонымен бірге онымен жұмыс істеуді жеңілдетеді. Молекулалардың жиынтық бірлігі қанша энергияны ұстай алатынының теориялық шегі бар, бұл энергия тығыздығы деп аталады. Теориялық тұрғыдан алғанда «мінсіз молекула» деп аталатын 1 килограмм (2.2 фунт) 1 мегаджоуль энергияны сақтай алады, яғни ол энергияның максималды мөлшерін ұстап, қажет болған жағдайда оны босатады. Бұл шамамен 3 литр (0.8 галлон) суды бөлме температурасынан қайнағанға дейін қыздыруға жеткілікті энергия. Сков молекулаларының бірдей мөлшері бөлме температурасынан 750 минутта қайнағанға дейін 3.2 миллилитр (3 кварт) немесе бір сағатта 15 литр (4 галлон) қыздыра алады. DHA/VHF молекулалары «мінсіз молекула» сияқты көп энергияны сақтай алмаса да, бұл айтарлықтай сома.

Молекуланың артындағы ғылым

DHA/VHF жүйесі екі молекуладан тұрады, DHA және VHF. DHA молекуласы күн энергиясын сақтауға жауапты, ал VHF оны шығарады. Олар мұны сыртқы тітіркендіргіштерге, бұл жағдайда күн сәулесі мен жылуға енгізілгенде пішінін өзгерту арқылы жасайды. DHA күн сәулесінің әсеріне ұшыраған кезде ол күн энергиясын сақтайды, осылайша молекула пішінін VHF түріне өзгертеді. Уақыт өте келе VHF жылуды жинайды, ол жеткілікті түрде жиналғаннан кейін DHA пішініне қайта оралады және күн энергиясын шығарады.

Күннің соңында

Андерс Бо Сков жаңа молекулаға өте қуанышты және дәлелді себеппен. Ол энергияны әлі шығара алмаса да, Сков былай дейді: «Күн энергиясын сақтауға келетін болсақ, біздің ең үлкен бәсекелесіміз литий-ионды батареялардан келеді, ал литий улы металл. Менің молекулам жұмыс кезінде СО2 да, басқа химиялық қосылыстар да шығармайды. Бұл «күн сәулесі өшеді». Молекула бір күнде тозғанда, ол түймедақ гүлдерінде де болатын бояғышқа дейін ыдырайды. Молекула оны пайдалану кезінде парниктік газдарды аз шығаратын немесе мүлдем шығармайтын процесте қолданылып қана қоймайды, ақырында ол ыдыраған кезде оны қоршаған ортада табиғи түрде кездесетін инертті химиялық затқа айналдырады.