Нарны энергийн чадавхийг асар ихээр нэмэгдүүлэх шинэ молекул

Нар бол хүн төрөлхтний мэддэг эрчим хүчний хамгийн элбэг эх үүсвэр төдийгүй, тэнд байгаа л бол хязгааргүй нөхөн сэргээгдэх боломжтой. Энэ нь өдөр бүр бороо, гэрэлтэх үед гайхалтай эрчим хүч үйлдвэрлэсээр байна. Нарны эрчим хүчийг янз бүрийн аргаар цуглуулж, хадгалах боломжтой бөгөөд нарны эрчим хүчийг ашиглах нь хүлэмжийн хийг ялгаруулдаггүй бөгөөд энэ нь уур амьсгалын өөрчлөлтийн нөлөөллийг бууруулахад тустай байж болох юм. Эдгээр шалтгааны улмаас нарны эрчим хүчийг сэргээгдэх эрчим хүчний анхдагч эх үүсвэр болгон сонгох нь улам бүр нэмэгдсээр байна. Хүн төрөлхтөн нарны эрчим хүчийг илүү үр ашигтай ашиглах арга замыг олох хүртэл цаг хугацааны асуудал юм, тухайлбал доор тайлбарласан инноваци.

Нарны гэрлийг зохицуулах

Нарны энергийн хоёр үндсэн төрөл байдаг: фотоволтайк (PV), нарны дулааны эрчим хүч гэж нэрлэгддэг төвлөрсөн нарны эрчим хүч (CSP). Фотоволтайк нь нарны хавтанг нарны зайг ашиглан нарны гэрлийг шууд цахилгаан болгон хувиргадаг. Төвлөрсөн нарны эрчим хүч нь нарны гэрлийг ашиглан уур үүсгэдэг шингэнийг халааж, турбиныг ажиллуулж энерги үүсгэдэг. Одоогоор дэлхийн нарны эрчим хүчний 98%-ийг PV, үлдсэн 2%-ийг CSP эзэлж байна.

PV болон CSP нь ашиглалтын арга, үйлдвэрлэсэн эрчим хүч, барилгын ажилд ашигласан материалаараа ялгаатай байдаг. PV-ээр үйлдвэрлэсэн эрчим хүчний үр ашиг нь нарны хавтангийн хэмжээнээс хамааран тогтмол байдаг бөгөөд энэ нь том нарны хавтанг ашиглах нь эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн хурдыг нэмэгдүүлэхгүй гэсэн үг юм. Энэ нь нарны зайн хавтангуудад ашигладаг Системийн тэнцвэрийн (BOS) бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй холбоотой бөгөөд үүнд техник хангамж, комбайн хайрцаг, инвертер орно.

CSP-тэй бол том байх нь дээр. Энэ нь нарны цацрагийн дулааныг ашигладаг тул нарны гэрэл хэдий чинээ их байх тусмаа сайн. Энэ систем нь өнөөдөр ашиглагдаж байгаа чулуужсан түлшний цахилгаан станцуудтай маш төстэй юм. Гол ялгаа нь CSP нь турбиныг эргүүлэх уур үүсгэдэг нарны гэрлээс дулаан шингэнд (нүүрс эсвэл байгалийн хий шатаахын оронд) дулааныг тусгадаг толь ашигладаг. Энэ нь CSP-ийг турбин эргүүлж, эрчим хүч үйлдвэрлэхийн тулд нарны эрчим хүч, байгалийн хийг ашигладаг хосолсон хийн турбин (CCGT) зэрэг эрлийз үйлдвэрүүдэд тохиромжтой болгодог. CSP-ийн тусламжтайгаар ирж буй нарны эрчим хүчнээс гарах эрчим хүч нь зөвхөн 16% цэвэр цахилгаан гаргадаг. CCGT эрчим хүчний гарц нь дангаараа CSP-ээс хамаагүй их буюу ~55% цэвэр цахилгаан гаргадаг.

Даруухан эхлэлээс

Копенгагены их сургуулийн Андерс Бо Сков, Могенс Брондстед Нилсен нар нарны энергийг PV эсвэл CSP-ээс илүү үр ашигтайгаар хурааж, хадгалах, ялгаруулах чадвартай молекул бүтээхээр оролдож байна. Дигидроазулен/винил гепта фулвенийн систем буюу товчоор DHA/VHF-ийг ашигласнаар хосууд судалгаандаа ихээхэн ахиц дэвшил гаргасан. Тэдний эхний тулгарсан нэг асуудал бол DHA/VHF молекулуудын хадгалах багтаамж нэмэгдэхийн хэрээр энергийг удаан хугацаанд хадгалах чадвар буурсан явдал байв. Химийн тэнхимийн профессор Могенс Брондстед Нилсен “Бид үүнээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд юу хийсэн ч гэсэн молекулууд хэлбэрээ өөрчилж, хуримтлагдсан энергийг ердөө хоёр цагийн дараа ялгаруулдаг. Андерсийн ололт нь тэрээр зуун жилийн турш хэлбэрээ хадгалах чадвартай молекул дахь энергийн нягтыг хоёр дахин нэмэгдүүлж чадсан явдал юм. Одоо бидний цорын ганц асуудал бол энергийг хэрхэн яаж дахин гаргах вэ. Молекул дахин хэлбэрээ өөрчлөхийг хүсэхгүй байгаа бололтой."

Шинэ молекулын хэлбэр нь илүү тогтвортой тул энергийг илүү удаан хадгалах чадвартай, гэхдээ энэ нь ажиллахад хялбар болгодог. Молекулуудын багц нэгж хичнээн их энерги багтаах онолын хязгаар байдаг бөгөөд үүнийг энергийн нягтрал гэж нэрлэдэг. Онолын хувьд "төгс молекул" гэж нэрлэгддэг 1 кг (2.2 фунт) нь 1 мегажоуль энергийг хадгалах чадвартай бөгөөд энэ нь хамгийн их энергийг барьж, шаардлагатай бол ялгаруулж чаддаг. Энэ нь ойролцоогоор 3 литр (0.8 галлон) усыг тасалгааны температураас буцалгах хүртэл халаахад хангалттай эрчим хүч юм. Сковын ижил хэмжээний молекулууд нь тасалгааны температураас буцалгах хүртэл 750 миллилитр (3.2 кварт) 3 минут, эсвэл нэг цагт 15 литр (4 галлон) халааж чаддаг. DHA/VHF молекулууд нь "төгс молекул" шиг их энерги хуримтлуулж чадахгүй ч энэ нь маш их юм.

Молекулын цаад шинжлэх ухаан

DHA/VHF систем нь DHA, VHF гэсэн хоёр молекулаас бүрдэнэ. DHA молекул нь нарны энергийг хадгалах үүрэгтэй бөгөөд VHF түүнийг ялгаруулдаг. Тэд үүнийг гадны өдөөгч, энэ тохиолдолд нарны гэрэл, дулааныг нэвтрүүлэх үед хэлбэрээ өөрчлөх замаар хийдэг. DHA нь нарны гэрэлд өртөхөд нарны энергийг хуримтлуулдаг бөгөөд ингэснээр молекул хэлбэрээ VHF хэлбэрт шилжүүлдэг. Цаг хугацаа өнгөрөхөд VHF дулааныг хуримтлуулж, хангалттай хэмжээгээр цуглуулсны дараа DHA хэлбэрт буцаж, нарны энерги ялгаруулдаг.

Өдрийн төгсгөлд

Андерс Бо Сков шинэ молекулын талаар маш их баяртай байгаа бөгөөд сайн шалтгаантай. Одоогоор эрчим хүчээ гаргаж чадахгүй байгаа ч Сков “Нарны эрчим хүчийг хадгалах тухайд бидний хамгийн том өрсөлдөөн нь лити-ион батерейгаас үүдэлтэй бөгөөд литий бол хортой металл юм. Миний молекул ажиллаж байхдаа CO2 болон бусад химийн нэгдлүүдийг ялгаруулдаггүй. Энэ нь "Нарны гэрэл орж, цахилгаан тасардаг" юм. Молекул нь нэг л өдөр элэгдвэл энэ нь chamomile цэцэгт байдаг өнгөт бодис болж мууддаг." Молекулыг ашиглах явцад хүлэмжийн хий ялгаруулах процесст ашиглагдаад зогсохгүй, улмаар задрахдаа байгальд байдаг идэвхгүй химийн бодис болж хувирдаг.