Nytt molekyl for å forsterke solenergipotensialet enormt

Ikke bare er solen den rikeligste energikilden mennesket kjenner til, den er uendelig fornybar, så lenge den fortsatt er der. Den fortsetter å generere forbløffende mengder energi på daglig basis, regn eller solskinn. Solenergi kan samles og lagres på mange forskjellige måter, og bruken av solenergi slipper ikke ut klimagasser, noe som kan bidra til å redusere virkningen av klimaendringer. På grunn av disse årsakene blir solenergi i større grad valgt som den primære kilden for fornybar energi. Det er bare et spørsmål om tid før menneskeheten finner måter å mer effektivt utnytte solenergi på – slik som innovasjonen beskrevet nedenfor.

Manipulere sollys

Det er to hovedtyper av solenergi: fotovoltaikk (PV) og konsentrert solenergi (CSP), også kjent som solenergi. Solceller omdanner sollys direkte til elektrisitet ved hjelp av solceller i solcellepaneler. Konsentrert solenergi bruker sollys til å varme opp en væske som genererer damp og driver en turbin for å lage energi. PV utgjør for tiden 98 % av global solenergi, med CSP som de resterende 2 %.

PV og CSP varierer i måten de brukes på, energien som produseres og materialene som brukes i deres konstruksjon. Effektiviteten til energien som produseres med PV forblir konstant med størrelsen på solcellepanelet, noe som betyr at bruk av et mindre over et større solcellepanel ikke vil øke hastigheten på energiproduksjonen. Dette er på grunn av Balance-of-System (BOS)-komponentene som også brukes i solcellepaneler, som inkluderer maskinvare, kombineringsbokser og omformere.

Med CSP er større bedre. Siden den bruker varmen fra solens stråler, jo mer sollys som kan samles opp, jo bedre. Dette systemet er veldig likt de fossile kraftverkene som er i bruk i dag. Den største forskjellen er at CSP bruker speil som reflekterer varmen fra sollys for å varme opp væsker (i stedet for å brenne kull eller naturgass), som genererer damp for å snu turbiner. Dette gjør CSP også godt egnet for hybridanlegg, slik som kombinert syklus gassturbin (CCGT), som bruker solenergi og naturgass til å snu turbiner og generere energi. Med CSP gir energiproduksjonen fra innkommende solenergi bare 16 % netto elektrisitet. CCGT-energi gir ~55 % netto elektrisitet, mye mer enn CSP alene.

Fra ydmyk begynnelse

Anders Bo Skov og Mogens Brøndsted Nielsen fra Københavns Universitet prøver å utvikle et molekyl som er i stand til å høste, lagre og frigjøre solenergi mer effektivt enn PV eller CSP. Ved å bruke dihydroazulen/vinyl hepta fulven-systemet, DHA/VHF for kort, har paret gjort store fremskritt i sin forskning. Et problem de møtte i utgangspunktet var at etter hvert som lagringskapasiteten til DHA/VHF-molekylene økte, sank kapasiteten til å holde energien over en lengre periode. Mogens Brøndsted Nielsen, professor ved Kjemisk institutt, sa: «Uansett hva vi gjorde for å forhindre det, ville molekylene endre form tilbake og frigjøre den lagrede energien etter bare en time eller to. Anders sin prestasjon var at han klarte å doble energitettheten i et molekyl som kan holde formen i hundre år. Vårt eneste problem nå er hvordan vi får det til å frigjøre energien igjen. Molekylet ser ikke ut til å ønske å endre formen tilbake igjen."

Siden det nye molekylets form er mer stabil, kan det holde på energien lenger, men det gjør det også lettere å jobbe med. Det er en teoretisk grense for hvor mye energi en sett enhet av molekyler kan inneholde, dette kalles energitetthet. Teoretisk sett kan 1 kilogram (2.2 pounds) av et såkalt "perfekt molekyl" lagre 1 megajoule energi, noe som betyr at det kan inneholde maksimal energi og frigjøre det etter behov. Dette er omtrent nok energi til å varme 3 liter (0.8 gallons) vann fra romtemperatur til koking. Den samme mengden av Skovs molekyler kan varme opp 750 milliliter (3.2 liter) fra romtemperatur til koking på 3 minutter, eller 15 liter (4 gallon) på én time. Mens DHA/VHF-molekylene ikke kan lagre så mye energi som et "perfekt molekyl" kan, er det en betydelig mengde.

Vitenskapen bak molekylet

DHA/VHF-systemet består av to molekyler, DHA og VHF. DHA-molekylet er ansvarlig for å lagre solenergien, og VHF frigjør den. De gjør dette ved å endre form når de blir introdusert for ytre stimuli, i dette tilfellet sollys og varme. Når DHA utsettes for sollys, lagrer den solenergien, ved å gjøre det endrer molekylet sin form til VHF-formen. Over tid samler VHF opp varme, når den har samlet nok, går den tilbake til sin DHA-form og frigjør solenergien.

På slutten av dagen

Anders Bo Skov er ganske begeistret for det nye molekylet, og det med god grunn. Selv om den ikke kan frigjøre energi helt ennå, sier Skov: "Når det gjelder lagring av solenergi, kommer vår største konkurranse fra litiumionbatterier, og litium er et giftig metall. Molekylet mitt frigjør verken CO2 eller andre kjemiske forbindelser mens jeg jobber. Det er "sollys inn-strøm ut". Og når molekylet slites ut en dag, brytes det ned til et fargestoff som også finnes i kamilleblomster.» Ikke bare blir molekylet brukt i en prosess som frigjør lite eller ingen klimagasser under bruken, når det til slutt brytes ned gjør det det til et inert kjemikalie som finnes naturlig i miljøet.