Jauna molekula, kas ievērojami pastiprina saules enerģijas potenciālu

Saule ir ne tikai visizplatītākais cilvēkiem zināmais enerģijas avots, tā ir bezgalīgi atjaunojama, ja vien tā joprojām pastāv. Tas turpina radīt pārsteidzošu enerģijas daudzumu katru dienu, lietus vai spīdēšanas laikā. Saules enerģiju var savākt un uzglabāt dažādos veidos, un saules enerģijas izmantošana neizdala siltumnīcefekta gāzes, kas var palīdzēt samazināt klimata pārmaiņu ietekmi. Šo iemeslu dēļ saules enerģija kļūst arvien plašāk izvēlēta kā primārais atjaunojamās enerģijas avots. Tas ir tikai laika jautājums, līdz cilvēce atradīs veidus, kā efektīvāk izmantot saules enerģiju, piemēram, tālāk aprakstīto inovāciju.

Manipulēšana ar saules gaismu

Ir divi galvenie saules enerģijas veidi: fotoelementi (PV) un koncentrētā saules enerģija (CSP), kas pazīstams arī kā saules siltumenerģija. Fotoelementi pārvērš saules gaismu tieši elektrībā, izmantojot saules baterijas saules paneļos. Koncentrēta saules enerģija izmanto saules gaismu, lai uzsildītu šķidrumu, kas ģenerē tvaiku, un darbina turbīnu, lai radītu enerģiju. PV pašlaik veido 98% no pasaules saules enerģijas, bet atlikušie 2% ir CSP.

PV un CSP atšķiras atkarībā no to izmantošanas veida, saražotās enerģijas un materiāliem, kas tiek izmantoti to konstrukcijā. Ar PV saražotās enerģijas efektivitāte paliek nemainīga atkarībā no saules paneļa izmēra, kas nozīmē, ka mazāka paneļa izmantošana lielākam saules panelim nepalielinās enerģijas ražošanas ātrumu. Tas ir tāpēc, ka sistēmas līdzsvara (BOS) komponenti tiek izmantoti arī saules paneļos, tostarp aparatūra, kombinētāja kastes un invertori.

Izmantojot CSP, lielāks ir labāks. Tā kā tas izmanto saules staru siltumu, jo vairāk saules gaismas var savākt, jo labāk. Šī sistēma ir ļoti līdzīga mūsdienās izmantotajām fosilā kurināmā spēkstacijām. Galvenā atšķirība ir tā, ka CSP izmanto spoguļus, kas atspoguļo saules gaismas siltumu, lai uzsildītu šķidrumus (nevis dedzinātu ogles vai dabasgāzi), kas rada tvaiku, lai pagrieztu turbīnas. Tas arī padara CSP labi piemērotu hibrīdiekārtām, piemēram, kombinētā cikla gāzes turbīnām (CCGT), kas izmanto saules enerģiju un dabasgāzi, lai pagrieztu turbīnas, radot enerģiju. Izmantojot CSP, ienākošā saules enerģija nodrošina tikai 16% neto elektroenerģijas. CCGT enerģijas izlaide rada ~ 55% neto elektroenerģijas, daudz vairāk nekā tikai CSP.

No pazemīgiem pirmsākumiem

Anders Bo Skovs un Mogens Brøndsted Nielsen no Kopenhāgenas universitātes mēģina izstrādāt molekulu, kas spēj iegūt, uzglabāt un atbrīvot saules enerģiju efektīvāk nekā PV vai CSP. Izmantojot dihidroazulēna/vinilhepta fulvene sistēmu, īsumā DHA/VHF, pāris ir guvis lielus panākumus savos pētījumos. Viena problēma, ar kuru viņi sākotnēji saskārās, bija tā, ka, palielinoties DHA/VHF molekulu uzglabāšanas jaudai, spēja noturēt enerģiju ilgākā laika periodā samazinājās. Ķīmijas katedras profesors Mogens Brøndsted Nielsen teica: "Neatkarīgi no tā, ko mēs darījām, lai to novērstu, molekulas mainīs savu formu un atbrīvos uzkrāto enerģiju jau pēc stundas vai divām. Andersa sasniegums bija tas, ka viņam izdevās dubultot enerģijas blīvumu molekulā, kas var saglabāt savu formu simts gadus. Mūsu vienīgā problēma tagad ir, kā panākt, lai tā atkal atbrīvotu enerģiju. Šķiet, ka molekula nevēlas atkal mainīt savu formu.

Tā kā jaunās molekulas forma ir stabilāka, tā var ilgāk noturēt enerģiju, bet arī atvieglo darbu ar to. Ir teorētisks ierobežojums, cik daudz enerģijas var saturēt noteikta molekulu vienība, to sauc par enerģijas blīvumu. Teorētiski 1 kilograms (2.2 mārciņas) tā sauktās "ideālās molekulas" var uzglabāt 1 megadžoulu enerģijas, kas nozīmē, ka tā var saturēt maksimālo enerģijas daudzumu un atbrīvot to pēc vajadzības. Tas ir aptuveni pietiekami daudz enerģijas, lai uzsildītu 3 litrus (0.8 galonus) ūdens no istabas temperatūras līdz vārīšanās temperatūrai. Tikpat daudz Skova molekulu var uzsildīt 750 mililitrus (3.2 kvartus) no istabas temperatūras līdz vārīšanās temperatūrai 3 minūtēs vai 15 litrus (4 galonus) vienā stundā. Lai gan DHA/VHF molekulas nevar uzglabāt tik daudz enerģijas, cik spēj “ideāla molekula”, tas ir ievērojams daudzums.

Zinātne aiz molekulas

DHA/VHF sistēma sastāv no divām molekulām, DHA un VHF. DHA molekula ir atbildīga par saules enerģijas uzglabāšanu, un VHF to atbrīvo. Viņi to dara, mainot formu, kad tiek pakļauti ārējiem stimuliem, šajā gadījumā saules gaismai un karstumam. Kad DHA tiek pakļauta saules gaismai, tā uzglabā saules enerģiju, tādējādi molekula maina savu formu uz VHF formu. Laika gaitā VHF savāc siltumu, kad tas ir savācis pietiekami daudz, tas atgriežas savā DHA formā un atbrīvo saules enerģiju.

Dienas beigās

Anders Bo Skovs ir diezgan sajūsmā par jauno molekulu, un tas ir pamatoti. Lai gan tas vēl nevar atbrīvot enerģiju, Skovs saka: "Saistībā ar saules enerģijas uzglabāšanu mūsu lielāko konkurenci rada litija jonu akumulatori, un litijs ir indīgs metāls. Mana molekula darba laikā neizdala ne CO2, ne citus ķīmiskus savienojumus. Tā ir "savienojuma gaisma". Un, kad molekula kādu dienu nolietojas, tā sadalās līdz krāsvielai, kas atrodama arī kumelīšu ziedos. Molekula tiek izmantota ne tikai procesā, kas lietošanas laikā izdala maz siltumnīcefekta gāzu vai neizdala tās, bet galu galā sadalās par inertu ķīmisku vielu, kas dabiski atrodama vidē.