Нови молекул за значајно повећање потенцијала соларне енергије

Не само да је сунце најзаступљенији извор енергије познат човеку, оно је бесконачно обновљиво, све док је још ту. Наставља да ствара запањујуће количине енергије на дневној бази, било да је киша или сунце. Соларна енергија се може сакупљати и складиштити на много различитих начина, а коришћење соларне енергије не емитује гасове стаклене баште, што може помоћи у смањењу утицаја климатских промена. Због ових разлога, соларна енергија постаје све више бирана као примарни извор обновљиве енергије. Само је питање времена када ће човечанство пронаћи начине за ефикасније коришћење соларне енергије – као што је доле описана иновација.

Манипулисање сунчевом светлошћу

Постоје две главне врсте соларне енергије: фотонапонска (ПВ) и концентрисана соларна енергија (ЦСП), такође позната као соларна топлотна енергија. Фотонапонски уређаји претварају сунчеву светлост директно у електричну енергију користећи соларне ћелије у соларним панелима. Концентрована соларна енергија користи сунчеву светлост за загревање течности која генерише пару и покреће турбину за стварање енергије. ПВ тренутно чини 98% глобалне соларне енергије, са ЦСП као преосталих 2%.

ПВ и ЦСП се разликују по начину на који се користе, енергији која се производи и материјалима који се користе у њиховој конструкцији. Ефикасност енергије која се производи са ПВ остаје константна са величином соларног панела, што значи да коришћење мањег преко већег соларног панела неће повећати стопу производње енергије. То је због компоненти баланса система (БОС) које се такође користе у соларним панелима, што укључује хардвер, кутије за комбиновање и инверторе.

Са ЦСП-ом, веће је боље. Пошто користи топлоту сунчевих зрака, што више сунчеве светлости може да се прикупи, то боље. Овај систем је веома сличан електранама на фосилна горива које се данас користе. Главна разлика је у томе што ЦСП користи огледала која рефлектују топлоту сунчеве светлости за загревање флуида (уместо сагоревања угља или природног гаса), који стварају пару за окретање турбина. Ово такође чини ЦСП погодним за хибридна постројења, као што су гасне турбине комбинованог циклуса (ЦЦГТ), које користе соларну енергију и природни гас за окретање турбина, генеришући енергију. Са ЦСП, излазна енергија из долазне соларне енергије даје само 16% нето електричне енергије. Производња ЦЦГТ енергије даје ~55% нето електричне енергије, много више него само ЦСП.

Од скромних почетака

Андерс Бо Сков и Могенс Брøндстед Ниелсен са Универзитета у Копенхагену покушавају да развију молекул који је способан да сакупља, складишти и ослобађа сунчеву енергију ефикасније од ПВ или ЦСП. Користећи систем дихидроазулен/винил хепта фулвен, скраћено ДХА/ВХФ, пар је направио велики напредак у свом истраживању. Један проблем са којим су се у почетку сусрели био је да како се капацитет складиштења ДХА/ВХФ молекула повећао, капацитет за задржавање енергије током дужег временског периода се смањио. Могенс Брøндстед Ниелсен, професор са Одељења за хемију, рекао је „Без обзира на то шта смо урадили да то спречимо, молекули би поново променили свој облик и ослободили ускладиштену енергију након само сат или два. Андерсово достигнуће је било то што је успео да удвостручи густину енергије у молекулу који може да задржи свој облик сто година. Наш једини проблем сада је како га натерати да поново ослободи енергију. Чини се да молекул не жели поново да промени свој облик."

Пошто је облик новог молекула стабилнији, он може дуже задржати енергију, али такође олакшава рад са њим. Постоји теоријско ограничење колико енергије може да задржи скуп јединица молекула, то се зове густина енергије. Теоретски, 1 килограм (2.2 фунте) такозваног "савршеног молекула" може да ускладишти 1 мегаџул енергије, што значи да може задржати максималну количину енергије и ослободити је по потреби. Ово је отприлике довољно енергије за загревање 3 литре (0.8 галона) воде од собне температуре до кључања. Иста количина Сковових молекула може да загреје 750 милилитара (3.2 литара) од собне температуре до кључања за 3 минута, или 15 литара (4 галона) за један сат. Док ДХА/ВХФ молекули не могу да складиште онолико енергије колико „савршени молекул“ може, то је значајна количина.

Наука која стоји иза молекула

ДХА/ВХФ систем се састоји од два молекула, ДХА и ВХФ. Молекул ДХА је одговоран за складиштење сунчеве енергије, а ВХФ је ослобађа. Они то раде тако што мењају облик када се упознају са спољашњим стимулансима, у овом случају сунчевом светлошћу и топлотом. Када је ДХА изложен сунчевој светлости, он складишти сунчеву енергију, на тај начин молекул мења свој облик у ВХФ облик. Временом, ВХФ сакупља топлоту, након што прикупи довољно, враћа се у свој ДХА облик и ослобађа сунчеву енергију.

На крају дана

Андерс Бо Сков је прилично узбуђен због новог молекула, и то са добрим разлогом. Иако још увек не може да ослободи енергију, Сков каже „Када је у питању складиштење соларне енергије, наша највећа конкуренција долази од литијум-јонских батерија, а литијум је отрован метал. Мој молекул не испушта ни ЦО2, ни било која друга хемијска једињења док ради. То је 'сунчево у-напајање'. А када се молекул једног дана истроши, разграђује се у боју која се такође налази у цветовима камилице. Не само да се молекул користи у процесу који ослобађа мало или нимало гасова стаклене баште током употребе, већ када се на крају разгради то чини у инертну хемикалију која се природно налази у животној средини.