Bagong molekula upang lubos na palakasin ang potensyal ng solar energy

Hindi lamang ang araw ang pinaka-masaganang pinagmumulan ng enerhiya na kilala sa tao, ito ay walang katapusan na nababago, hangga't ito ay naroroon pa. Patuloy itong lumilikha ng kamangha-manghang dami ng enerhiya araw-araw, umulan man o umaraw. Maaaring kolektahin at iimbak ang solar energy sa maraming iba't ibang paraan, at ang paggamit ng solar energy ay hindi naglalabas ng greenhouse gases, na maaaring makatulong na mabawasan ang epekto ng climate change. Dahil sa mga kadahilanang ito, ang solar energy ay nagiging mas malawak na napili bilang pangunahing mapagkukunan para sa renewable energy. Ilang oras na lang bago ang sangkatauhan ay makakahanap ng mga paraan upang mas mahusay na magamit ang solar energy - tulad ng inobasyon na inilarawan sa ibaba.

Pagmamanipula ng sikat ng araw

Mayroong dalawang pangunahing uri ng solar energy: photovoltaics (PV), at concentrated solar power (CSP), na kilala rin bilang solar thermal power. Ang mga photovoltaic ay direktang nagko-convert ng sikat ng araw sa kuryente gamit ang mga solar cell sa mga solar panel. Ang concentrated solar power ay gumagamit ng sikat ng araw upang magpainit ng likido na bumubuo ng singaw at nagpapagana ng turbine upang lumikha ng enerhiya. Ang PV ay kasalukuyang binubuo ng 98% ng pandaigdigang solar energy, na ang CSP ang natitirang 2%.

Ang PV at CSP ay nag-iiba sa paraan ng paggamit ng mga ito, ang enerhiya na ginawa, at ang mga materyales na ginagamit sa kanilang pagtatayo. Ang kahusayan ng enerhiya na ginawa gamit ang PV ay nananatiling pare-pareho sa laki ng solar panel, ibig sabihin na ang paggamit ng mas maliit sa mas malaking solar panel ay hindi magtataas ng rate ng produksyon ng enerhiya. Ito ay dahil sa mga bahagi ng Balance-of-System (BOS) na ginagamit din sa mga solar panel, na kinabibilangan ng hardware, combiner box, at inverters.

Sa CSP, mas malaki ang mas maganda. Habang ginagamit nito ang init mula sa sinag ng araw, ang mas maraming sikat ng araw na maaaring makolekta ay mas mahusay. Ang sistemang ito ay halos kapareho sa mga fossil fuel power plant na ginagamit ngayon. Ang pangunahing pagkakaiba ay ang CSP ay gumagamit ng mga salamin na sumasalamin sa init mula sa sikat ng araw hanggang sa init ng mga likido (sa halip na magsunog ng karbon o natural na gas), na bumubuo ng singaw upang paikutin ang mga turbine. Ginagawa rin nitong angkop na angkop ang CSP para sa mga hybrid na halaman, tulad ng pinagsamang cycle gas turbine (CCGT), na gumagamit ng solar energy at natural gas upang iikot ang mga turbine, na bumubuo ng enerhiya. Sa CSP, ang output ng enerhiya mula sa papasok na solar energy ay nagbubunga lamang ng 16% netong kuryente. Ang output ng enerhiya ng CCGT ay nagbubunga ng ~55% netong kuryente, higit pa sa CSP lamang.

Mula sa mababang simula

Sina Anders Bo Skov at Mogens Brøndsted Nielsen mula sa Unibersidad ng Copenhagen ay nagtatangkang bumuo ng isang molekula na may kakayahang mag-ani, mag-imbak, at maglabas ng solar energy nang mas mahusay kaysa sa PV o CSP. Gamit ang dihydroazulene/vinyl hepta fulvene system, DHA/VHF para sa maikli, ang pares ay gumawa ng mahusay na mga hakbang sa kanilang pananaliksik. Ang isang problemang naranasan nila sa una ay habang ang kapasidad ng pag-iimbak ng mga molekula ng DHA/VHF ay tumaas, ang kapasidad na hawakan ang enerhiya sa loob ng mahabang panahon ay nabawasan. Sinabi ni Mogens Brøndsted Nielsen, isang propesor mula sa Department of Chemistry, "Anuman ang ginawa namin upang maiwasan ito, ang mga molekula ay magbabago ng kanilang hugis pabalik at ilalabas ang nakaimbak na enerhiya pagkatapos lamang ng isang oras o dalawa. Ang tagumpay ni Anders ay nagawa niyang doblehin ang density ng enerhiya sa isang molekula na maaaring hawakan ang hugis nito sa loob ng isang daang taon. Ang problema lang natin ngayon ay kung paano natin ito makukuha para muling maglabas ng enerhiya. Ang molekula ay tila ayaw na muling baguhin ang hugis nito.”

Dahil ang hugis ng bagong molekula ay mas matatag, maaari nitong hawakan ang enerhiya nang mas matagal, ngunit ginagawa rin nitong mas madaling gamitin. Mayroong teoretikal na limitasyon sa kung gaano karaming enerhiya ang maaaring hawakan ng isang set unit ng mga molekula, ito ay tinatawag na density ng enerhiya. Sa teoryang 1 kilo (2.2 pounds) ng isang tinatawag na "perpektong molekula" ay maaaring mag-imbak ng 1 megajoule ng enerhiya, ibig sabihin, maaari nitong hawakan ang pinakamataas na dami ng enerhiya at ilabas ito kung kinakailangan. Ito ay tinatayang sapat na enerhiya upang magpainit ng 3 litro (0.8 galon) ng tubig mula sa temperatura ng silid hanggang sa kumukulo. Ang parehong dami ng mga molekula ng Skov ay maaaring magpainit ng 750 mililitro (3.2 quarts) mula sa temperatura ng silid hanggang sa kumukulo sa loob ng 3 minuto, o 15 litro (4 na galon) sa isang oras. Bagama't ang mga molekula ng DHA/VHF ay hindi makapag-imbak ng kasing dami ng enerhiya na maaari ng isang "perpektong molekula", ito ay isang malaking halaga.

Ang agham sa likod ng molekula

Ang sistema ng DHA/VHF ay binubuo ng dalawang molekula, DHA, at VHF. Ang molekula ng DHA ay may pananagutan sa pag-iimbak ng solar energy, at inilalabas ito ng VHF. Ginagawa nila ito sa pamamagitan ng pagbabago ng hugis kapag ipinakilala sa panlabas na stimuli, sa kasong ito, sikat ng araw at init. Kapag ang DHA ay nalantad sa sikat ng araw, iniimbak nito ang solar energy, sa pamamagitan ng paggawa nito ang molecule ay nagbabago ng hugis nito sa VHF form. Sa paglipas ng panahon, kinokolekta ng VHF ang init, kapag sapat na ang nakolekta nito ay babalik ito sa DHA form nito at naglalabas ng solar energy.

Sa pagtatapos ng araw

Si Anders Bo Skov ay medyo nasasabik tungkol sa bagong molekula, at may magandang dahilan. Kahit na hindi pa ito makapaglalabas ng enerhiya, sinabi ni Skov na "Pagdating sa pag-iimbak ng solar power, ang aming pinakamalaking kumpetisyon ay nagmumula sa mga baterya ng lithium-ion, at ang lithium ay isang nakakalason na metal. Ang aking molekula ay hindi naglalabas ng CO2, o anumang iba pang mga kemikal na compound habang nagtatrabaho. Ito ay 'sinag ng araw in-power out'. At kapag ang molekula ay naubos isang araw, ito ay nagiging isang colorant na matatagpuan din sa mga bulaklak ng chamomile. Hindi lamang ang molekula ay ginagamit sa isang proseso na naglalabas ng kaunti hanggang sa walang mga greenhouse gas sa panahon ng paggamit nito, kapag ito sa kalaunan ay nagpapababa ay ginagawa ito sa isang inert na kemikal na natural na matatagpuan sa kapaligiran.