Moleculă nouă pentru a amplifica considerabil potențialul de energie solară

Nu numai că soarele este cea mai abundentă sursă de energie cunoscută de om, ci este infinit regenerabil, atâta timp cât este încă acolo. Continuă să genereze cantități uimitoare de energie în fiecare zi, ploaie sau soare. Energia solară poate fi colectată și stocată în multe moduri diferite, iar utilizarea energiei solare nu emite gaze cu efect de seră, ceea ce poate ajuta la reducerea impactului schimbărilor climatice. Din aceste motive, energia solară devine din ce în ce mai larg selectată ca sursă primară de energie regenerabilă. Este doar o chestiune de timp până când omenirea găsește modalități de a utiliza mai eficient energia solară – cum ar fi inovația descrisă mai jos.

Manipularea luminii solare

Există două tipuri principale de energie solară: fotovoltaică (PV) și energie solară concentrată (CSP), cunoscută și sub numele de energie solară termică. Fotovoltaicele transformă lumina solară direct în electricitate folosind celule solare din panourile solare. Energia solară concentrată folosește lumina soarelui pentru a încălzi un fluid care generează abur și alimentează o turbină pentru a crea energie. PV cuprinde în prezent 98% din energia solară globală, cu CSP ca restul de 2%.

PV și CSP variază în ceea ce privește modul în care sunt utilizate, energia care este produsă și materialele care sunt utilizate în construcția lor. Eficiența energiei care este produsă cu PV rămâne constantă cu dimensiunea panoului solar, ceea ce înseamnă că folosirea unui panou solar mai mic peste unul mai mare nu va crește rata de producție a energiei. Acest lucru se datorează componentelor Balance-of-System (BOS) care sunt utilizate și în panourile solare, care includ hardware-ul, cutiile de combinare și invertoarele.

Cu CSP, mai mare este mai bine. Pe măsură ce folosește căldura de la razele soarelui, cu cât mai multă lumină solară poate fi colectată, cu atât mai bine. Acest sistem este foarte asemănător cu centralele electrice pe combustibili fosili utilizate astăzi. Diferența majoră este că CSP folosește oglinzi care reflectă căldura de la lumina soarelui pentru a încălzi fluidele (în loc de a arde cărbune sau gaz natural), care generează abur pentru a transforma turbinele. Acest lucru face, de asemenea, CSP foarte potrivit pentru centralele hibride, cum ar fi turbina cu gaz cu ciclu combinat (CCGT), care utilizează energia solară și gazul natural pentru a transforma turbinele, generând energie. Cu CSP, producția de energie din energia solară de intrare produce doar 16% energie electrică netă. Ieșirea de energie CCGT produce ~55% energie electrică netă, mult mai mult decât CSP singur.

De la începuturi umile

Anders Bo Skov și Mogens Brøndsted Nielsen de la Universitatea din Copenhaga încearcă să dezvolte o moleculă capabilă să colecteze, să stocheze și să elibereze energia solară mai eficient decât PV sau CSP. Folosind sistemul dihidroazulen/vinil hepta fulven, DHA/VHF pe scurt, cei doi au făcut pași mari în cercetarea lor. O problemă pe care au întâlnit-o inițial a fost aceea că, pe măsură ce capacitatea de stocare a moleculelor DHA/VHF a crescut, capacitatea de a păstra energia pe o perioadă lungă de timp a scăzut. Mogens Brøndsted Nielsen, profesor de la Departamentul de Chimie, a declarat: „Indiferent de ce am făcut pentru a o preveni, moleculele își vor schimba forma înapoi și eliberează energia stocată după doar o oră sau două. Realizarea lui Anders a fost că a reușit să dubleze densitatea de energie într-o moleculă care își poate menține forma timp de o sută de ani. Singura noastră problemă acum este cum îl facem să elibereze din nou energia. Molecula nu pare să dorească să-și schimbe forma din nou.”

Deoarece forma noii molecule este mai stabilă, poate reține energia pentru mai mult timp, dar face și mai ușor de lucrat. Există o limită teoretică a câtă energie poate deține o unitate de molecule, aceasta se numește densitate de energie. Teoretic, 1 kilogram (2.2 lire) dintr-o așa-numită „moleculă perfectă” poate stoca 1 megajoule de energie, ceea ce înseamnă că poate reține cantitatea maximă de energie și o poate elibera după cum este necesar. Aceasta este aproximativ suficientă energie pentru a încălzi 3 litri (0.8 galoane) de apă de la temperatura camerei până la fierbere. Aceeași cantitate de molecule lui Skov poate încălzi 750 de mililitri (3.2 litri) de la temperatura camerei până la fierbere în 3 minute, sau 15 litri (4 galoane) într-o oră. În timp ce moleculele DHA/VHF nu pot stoca atât de multă energie cât poate o „moleculă perfectă”, aceasta este o cantitate semnificativă.

Știința din spatele moleculei

Sistemul DHA/VHF este compus din două molecule, DHA și VHF. Molecula DHA este responsabilă pentru stocarea energiei solare, iar VHF o eliberează. Ei fac acest lucru prin schimbarea formei atunci când sunt introduși la stimuli externi, în acest caz lumina soarelui și căldură. Când DHA este expus la lumina soarelui, stochează energia solară, astfel molecula își schimbă forma în forma VHF. În timp, VHF colectează căldură, odată ce a colectat suficient, revine la forma sa DHA și eliberează energia solară.

La sfarsitul zilei

Anders Bo Skov este destul de încântat de noua moleculă și pe bună dreptate. Chiar dacă încă nu poate elibera energie, Skov spune: „Când vine vorba de stocarea energiei solare, cea mai mare competiție a noastră vine de la bateriile litiu-ion, iar litiul este un metal otrăvitor. Molecula mea nu eliberează nici CO2, nici alți compuși chimici în timpul lucrului. Este „lumina soarelui intrare-ieșire”. Și când molecula se uzează într-o zi, se degradează într-un colorant care se găsește și în florile de mușețel. Nu numai că molecula este folosită într-un proces care eliberează puțin sau deloc gaze cu efect de seră în timpul utilizării sale, ci când în cele din urmă se degradează, o face într-o substanță chimică inertă care se găsește în mod natural în mediu.