Күндүн энергия потенциалын чоңойтуу үчүн жаңы молекула

Күн адам баласына белгилүү болгон энергиянын эң көп булагы гана эмес, ал дагы эле бар болсо, ал чексиз жаңылануучу. Ал күн сайын, жамгырда же жаркыраганда укмуштуудай көлөмдөгү энергияны өндүрүүнү улантууда. Күн энергиясын ар кандай жолдор менен чогултууга жана сактоого болот жана күн энергиясын пайдалануу климаттын өзгөрүшүнүн таасирин азайтууга жардам бере турган парник газдарын чыгарбайт. Ушул себептерден улам, күн энергиясы кайра жаралуучу энергиянын негизги булагы катары кеңири тандалып алынууда. Төмөндө сүрөттөлгөн инновациялар сыяктуу, адамзат күн энергиясын эффективдүү пайдалануу жолдорун табмайынча убакыт маселеси.

Күн нурун манипуляциялоо

Күн энергиясынын эки негизги түрү бар: фотоэлектр (PV) жана концентрацияланган күн энергиясы (CSP), ошондой эле күн жылуулук энергиясы деп аталат. Photovoltaics күн панелдеринде күн батареялары аркылуу күн нурун түздөн-түз электр энергиясына айландырышат. Концентрацияланган күн энергиясы бууну пайда кылган суюктукту жылытуу үчүн күн нурун колдонот жана энергияны түзүү үчүн турбинаны иштетет. Учурда PV глобалдык күн энергиясынын 98%, калган 2% CSP түзөт.

PV жана CSP аларды колдонуу жолу, өндүрүлгөн энергия жана аларды курууда колдонулган материалдар боюнча айырмаланат. PV менен өндүрүлгөн энергиянын эффективдүүлүгү күн панелинин өлчөмүнө жараша өзгөрүлбөйт, башкача айтканда, чоңураак күн панелинен кичирээк панелди колдонуу энергия өндүрүшүнүн ылдамдыгын жогорулатпай турганын билдирет. Бул системанын балансынын (BOS) компоненттерине байланыштуу, алар күн панелдеринде да колдонулат, анын ичинде аппараттык жабдуулар, комбайн кутулары жана инверторлор бар.

CSP менен чоңураакраак. Ал күндүн нурларынан жылуулукту пайдалангандыктан, канчалык көп күн нурун чогултса, ошончолук жакшы болот. Бул система бүгүнкү күндө колдонулуп жаткан казылып алынган отун электр станцияларына абдан окшош. Негизги айырмасы, CSP күн нурунан жылуулук суюктуктарына (көмүр же жаратылыш газын күйгүзүүнүн ордуна) жылуулукту чагылдырган күзгүлөрдү колдонот, алар турбиналарды айлантуу үчүн буу жаратат. Бул ошондой эле CSPди гибриддик өсүмдүктөр үчүн ылайыктуу кылат, мисалы, айкалышкан цикл газ турбинасы (CCGT), алар күн энергиясын жана турбиналарды айлантуу үчүн жаратылыш газын колдонуп, энергияны пайда кылат. CSP менен күн энергиясынан алынган энергия 16% гана таза электр энергиясын берет. CCGT энергиясын өндүрүү ~ 55% таза электр энергиясын берет, бул CSPге караганда алда канча көп.

Момун башталыштан

Копенгаген университетинен Андерс Бо Сков жана Могенс Брондстед Нильсен күн энергиясын PV же CSPге караганда натыйжалуу жыйноого, сактоого жана бөлүп чыгарууга жөндөмдүү молекуланы иштеп чыгууга аракет кылып жатышат. Кыскасы DHA/VHF дигидроазулен/винил гепта фулвен системасын колдонуу менен жуп изилдөөдө чоң ийгиликтерге жетишти. Башында алар кездешкен бир көйгөй, DHA/VHF молекулаларынын сактоо сыйымдуулугу жогорулаган сайын, энергияны узак убакыт бою кармап туруу мүмкүнчүлүгү азайган. Химия кафедрасынын профессору Могенс Брондстед Нильсен: «Анын алдын алуу үчүн эмне кылсак да, молекулалар формасын кайра өзгөртүп, бир же эки сааттан кийин топтолгон энергияны чыгарышат. Андерстин жетишкендиги, формасын жүз жыл сактай турган молекуладагы энергиянын тыгыздыгын эки эсеге көтөрө алганы болду. Азыр биздин жалгыз көйгөйүбүз - бул энергияны кайра бошотуп алуу. Молекула өзүнүн формасын кайра өзгөрткүсү келбейт окшойт».

Жаңы молекуланын формасы туруктуураак болгондуктан, ал энергияны көпкө кармай алат, бирок аны менен иштөөнү жеңилдетет. Молекулалардын белгиленген бирдиги канча энергияга ээ боло алгандыгынын теориялык чеги бар, бул энергиянын тыгыздыгы деп аталат. Теориялык жактан 1 килограмм (2.2 фунт) "кемчиликсиз молекула" деп аталган нерсе 1 мегаджоуль энергияны сактай алат, башкача айтканда, ал энергиянын максималдуу көлөмүн кармап, керек болсо аны чыгара алат. Бул болжол менен 3 литр (0.8 галлон) сууну бөлмө температурасынан кайнаганга чейин жылытуу үчүн жетиштүү энергия. Сковдун молекулаларынын бирдей көлөмү 750 миллилитрди (3.2 кварт) бөлмө температурасынан 3 мүнөттө кайнаганга чейин же бир саатта 15 литрди (4 галлон) ысыта алат. DHA/VHF молекулалары "кемчиликсиз бир молекула" сыяктуу көп энергияны сактай албаса да, бул өтө чоң сумма.

Молекуланын артында турган илим

DHA/VHF системасы эки молекуладан турат, DHA жана VHF. DHA молекуласы күн энергиясын сактоо үчүн жооптуу жана VHF аны чыгарат. Алар муну сырткы стимулдарга, бул учурда күн нуруна жана жылуулукка киргенде формасын өзгөртүү менен жасашат. DHA күн нуруна дуушар болгондо, ал күндүн энергиясын сактайт, муну менен молекула өзүнүн формасын VHF формасына өзгөртөт. Убакыттын өтүшү менен VHF жылуулукту чогултат, ал жетиштүү чогултулгандан кийин кайра DHA формасына кайтып, күн энергиясын бөлүп чыгарат.

Күндүн аягында

Андерс Бо Сков жаңы молекулага абдан кубанды жана жүйөлүү себептер менен. Азырынча энергияны чыгара албаса да, Сков мындай дейт: «Күн энергиясын сактоого келгенде, биздин эң чоң атаандаштыгыбыз литий-иондук батарейкалардан келип чыгат, ал эми литий уулуу металл. Менин молекулам иштеп жатканда CO2 да, башка химиялык кошулмаларды да чыгарбайт. Бул "күн нуру өчүрүлгөн". Ал эми молекула бир күнү эскирип калганда, ал ромашка гүлдөрүндө да кездешүүчү боекторго чейин бузулат». Молекула бир гана процессте колдонулбастан, аны колдонуу учурунда парник газдарын аз бөлүп чыгарат, бирок акыры бузулганда, айлана-чөйрөдө табигый түрдө табылган инерттүү химиялык затка айланат.