Nauja molekulė, labai padidinanti saulės energijos potencialą

Saulė ne tik yra gausiausias žmogui žinomas energijos šaltinis, ji yra be galo atsinaujinanti, kol ji vis dar yra. Kasdien, lyjant ar šviečiant, jis ir toliau generuoja stulbinančius energijos kiekius. Saulės energiją galima rinkti ir kaupti įvairiais būdais, o naudojant saulės energiją neišskiriamos šiltnamio efektą sukeliančios dujos, o tai gali padėti sumažinti klimato kaitos poveikį. Dėl šių priežasčių saulės energija vis plačiau pasirenkama kaip pagrindinis atsinaujinančios energijos šaltinis. Tik laiko klausimas, kol žmonija ras būdų, kaip efektyviau panaudoti saulės energiją – pavyzdžiui, toliau aprašytą naujovę.

Manipuliavimas saulės šviesa

Yra du pagrindiniai saulės energijos tipai: fotovoltinė (PV) ir koncentruota saulės energija (CSP), dar vadinama saulės šilumine energija. Fotoelektra paverčia saulės šviesą tiesiai į elektros energiją, naudodama saulės elementus saulės kolektoriuose. Koncentruota saulės energija naudoja saulės šviesą skysčiui, kuris generuoja garą, šildyti, o turbinai sukuria energiją. PV šiuo metu sudaro 98% pasaulinės saulės energijos, o CSP sudaro likusieji 2%.

PV ir CSP skiriasi jų naudojimo būdu, gaminama energija ir medžiagomis, kurios naudojamos jų gamyboje. Energijos, pagamintos naudojant PV, efektyvumas išlieka pastovus atsižvelgiant į saulės baterijos dydį, o tai reiškia, kad naudojant mažesnę, o ne didesnę saulės bateriją, energijos gamybos greitis nepadidės. Taip yra dėl sistemos balanso (BOS) komponentų, kurie taip pat naudojami saulės kolektoriuose, įskaitant techninę įrangą, kombainų dėžes ir keitiklius.

Naudojant CSP, didesnis yra geriau. Kadangi jis naudoja saulės spindulių šilumą, kuo daugiau saulės spindulių galima surinkti, tuo geriau. Ši sistema labai panaši į šiandien naudojamas iškastinio kuro jėgaines. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad CSP naudoja veidrodžius, atspindinčius saulės spindulių šilumą, kad šildytų skysčius (o ne degintų anglį ar gamtines dujas), kurie generuoja garą turbinoms sukti. Dėl to CSP taip pat puikiai tinka hibridinėms gamykloms, tokioms kaip kombinuoto ciklo dujų turbinos (CCGT), kurios naudoja saulės energiją ir gamtines dujas turbinoms sukti ir generuoti energiją. Naudojant CSP, gaunama saulės energija pagamina tik 16 % grynosios elektros energijos. Naudojant CCGT energiją gaunama ~55% grynosios elektros energijos, daug daugiau nei vien CSP.

Nuo kuklios pradžios

Andersas Bo Skovas ir Mogensas Brøndstedas Nielsenas iš Kopenhagos universiteto bando sukurti molekulę, galinčią surinkti, kaupti ir išleisti saulės energiją efektyviau nei PV ar CSP. Naudodami dihidroazuleno / vinilo hepta fulvene sistemą, trumpiau DHA / VHF, pora padarė didelę pažangą savo tyrimuose. Viena problema, su kuria jie susidūrė iš pradžių, buvo ta, kad padidėjus DHA / VHF molekulių talpai, sumažėjo gebėjimas išlaikyti energiją ilgesnį laiką. Chemijos katedros profesorius Mogensas Brøndstedas Nielsenas sakė: „Nepriklausomai nuo to, ką padarėme, kad to išvengtume, molekulės pakeis savo formą ir išlaisvins sukauptą energiją vos po valandos ar dviejų. Anderso pasiekimas buvo tai, kad jam pavyko padvigubinti energijos tankį molekulėje, kuri gali išlaikyti savo formą šimtą metų. Vienintelė mūsų problema dabar yra tai, kaip mes galime vėl išlaisvinti energiją. Atrodo, kad molekulė nenori vėl pakeisti savo formos.

Kadangi naujos molekulės forma yra stabilesnė, ji gali išlaikyti energiją ilgiau, bet taip pat palengvina darbą. Yra teorinė riba, kiek energijos gali išlaikyti nustatytas molekulių vienetas, tai vadinama energijos tankiu. Teoriškai 1 kilogramas (2.2 svaro) vadinamosios „tobulos molekulės“ gali sukaupti 1 megadžaulį energijos, o tai reiškia, kad ji gali išlaikyti didžiausią energijos kiekį ir ją išleisti, jei reikia. Apytiksliai tiek energijos pakanka 3 litrams (0.8 galono) vandens pašildyti nuo kambario temperatūros iki virimo. Toks pat kiekis Skovo molekulių gali įkaitinti 750 mililitrų (3.2 kvorto) nuo kambario temperatūros iki virimo per 3 minutes arba 15 litrų (4 galonų) per valandą. Nors DHA/VHF molekulės negali sukaupti tiek energijos, kiek gali „tobula molekulė“, tai yra didelis kiekis.

Mokslas už molekulės

DHA/VHF sistemą sudaro dvi molekulės – DHA ir VHF. DHA molekulė yra atsakinga už saulės energijos kaupimą, o VHF ją išskiria. Jie tai daro keisdami formą, kai susiduria su išoriniais dirgikliais, šiuo atveju saulės šviesa ir šiluma. Kai DHA yra veikiamas saulės spindulių, jis kaupia saulės energiją, todėl molekulė keičia savo formą į VHF formą. Laikui bėgant VHF surenka šilumą, sukaupusi pakankamai, ji grįžta į DHA formą ir išskiria saulės energiją.

Dienos pabaigoje

Andersas Bo Skovas yra gana susijaudinęs dėl naujos molekulės ir dėl geros priežasties. Nors jis dar negali išleisti energijos, Skovas sako: „Kalbant apie saulės energijos kaupimą, didžiausia konkurencija yra ličio jonų baterijos, o litis yra nuodingas metalas. Mano molekulė dirbdama neišskiria nei CO2, nei kitų cheminių junginių. Tai yra „saulės šviesos išjungimas“. Ir kai vieną dieną molekulė susidėvi, ji suyra iki dažiklio, kurio taip pat yra ramunėlių žieduose. Molekulė naudojama ne tik procese, kurio naudojimo metu šiltnamio efektą sukeliančių dujų išskiriama mažai arba visai nėra, o galiausiai suyra į inertišką cheminę medžiagą, kuri natūraliai randama aplinkoje.