新分子可大大增强太阳能潜力

太阳不仅是人类已知的最丰富的能源，而且只要它还存在，它就是无限可再生的。无论风雨无阻，它每天都会持续产生惊人的能量。太阳能可以通过多种不同方式收集和存储，并且使用太阳能不会排放温室气体，这可能有助于减少气候变化的影响。由于这些原因，太阳能越来越广泛地被选为可再生能源的主要来源。人类找到更有效地利用太阳能的方法（例如下面描述的创新）只是时间问题。

操纵阳光

太阳能主要有两种类型：光伏发电（PV）和聚光太阳能发电（CSP），也称为太阳能热发电。光伏发电利用太阳能电池板中的太阳能电池将阳光直接转化为电能。聚光太阳能利用阳光加热流体，产生蒸汽并为涡轮机提供动力以产生能量。目前，光伏发电占全球太阳能发电量的98%，光热发电仅占剩下的2%。

光伏发电和聚光太阳能发电在使用方式、产生的能源以及建造中使用的材料方面有所不同。光伏发电的效率与太阳能电池板的尺寸保持恒定，这意味着使用较小的太阳能电池板而不是较大的太阳能电池板不会提高能源生产效率。这是因为太阳能电池板中也使用了系统平衡 (BOS) 组件，其中包括硬件、汇流箱和逆变器。

对于 CSP，越大越好。由于它利用太阳光线的热量，因此可以收集的阳光越多越好。该系统与当今使用的化石燃料发电厂非常相似。主要区别在于，CSP 使用镜子将阳光中的热量反射到加热流体（而不是燃烧煤炭或天然气），从而产生蒸汽来转动涡轮机。这也使得 CSP 非常适合混合动力发电厂，例如联合循环燃气轮机 (CCGT)，它使用太阳能和天然气来转动涡轮机并产生能量。采用 CSP 时，来自太阳能的能量输出仅产生 16% 的净电力。 CCGT 能源输出产生约 55% 的净电力，远高于单独的 CSP。

从谦卑的开始

哥本哈根大学的 Anders Bo Skov 和 Mogens Brøndsted Nielsen 正在尝试开发一种能够比光伏或 CSP 更有效地收集、存储和释放太阳能的分子。利用二氢甘菊环/乙烯基七富烯系统（简称 DHA/VHF），两人在研究中取得了巨大进步。他们最初遇到的一个问题是，随着 DHA/VHF 分子存储容量的增加，长时间保存能量的能力会下降。化学系教授莫根斯·布伦斯泰德·尼尔森 (Mogens Brøndsted Nielsen) 表示：“无论我们采取什么措施来阻止它，分子都会在一两个小时后改变形状并释放储存的能量。安德斯的成就在于，他成功地将分子的能量密度提高了一倍，使其能够保持形状一百年。我们现在唯一的问题是如何让它再次释放能量。该分子似乎不想再次改变其形状。”

由于新分子的形状更稳定，它可以更长时间地保持能量，但也更容易使用。一组分子可以容纳的能量存在理论上的限制，这称为能量密度。理论上，1千克（2.2磅）所谓的“完美分子”可以存储1兆焦耳的能量，这意味着它可以容纳最大量的能量并在需要时释放它。这大约足以将 3 升（0.8 加仑）水从室温加热到沸腾。等量的斯科夫分子可以在 750 分钟内将 3.2 毫升（3 夸脱）从室温加热到沸腾，或者在一小时内将 15 升（4 加仑）加热。虽然 DHA/VHF 分子无法储存与“完美分子”一样多的能量，但其数量却相当可观。

分子背后的科学

DHA/VHF系统由DHA和VHF两个分子组成。 DHA 分子负责储存太阳能，VHF 则将其释放。它们通过在受到外部刺激（在本例中是阳光和热量）时改变形状来实现这一点。当 DHA 暴露在阳光下时，它会储存太阳能，分子因此将其形状改变为 VHF 形式。随着时间的推移，VHF 会收集热量，一旦收集到足够的热量，它就会恢复为 DHA 形式并释放太阳能。

在一天结束时

安德斯·博·斯科夫对这个新分子感到相当兴奋，这是有充分理由的。尽管它还不能释放能量，但斯科夫说：“在存储太阳能方面，我们最大的竞争来自锂离子电池，而锂是一种有毒金属。我的分子在工作时既不释放二氧化碳，也不释放任何其他化合物。这是“阳光输入功率输出”。当这种分子有一天耗尽时，它会降解成一种着色剂，这种着色剂也存在于洋甘菊花中。”该分子不仅在使用过程中几乎不释放温室气体，而且当它最终降解时，它会变成环境中自然存在的惰性化学物质。