新分子可大幅增強太陽能潛力

太陽不僅是人類已知的最豐富的能源，而且只要它還存在，它就是無限可再生的。 無論風雨無阻，它每天都會持續產生驚人的能量。 太陽能可以透過多種不同的方式收集和存儲，並且使用太陽能不會排放溫室氣體，這可能有助於減少氣候變遷的影響。 由於這些原因，太陽能越來越廣泛地被選為再生能源的主要來源。 人類找到更有效利用太陽能的方法（例如下面描述的創新）只是時間問題。

操縱陽光

太陽能主要有兩種類型：光伏發電（PV）和聚光太陽能發電（CSP），也稱為太陽能熱發電。 光伏發電利用太陽能板中的太陽能電池將陽光直接轉換為電能。 聚光太陽能利用陽光加熱流體，產生蒸汽並為渦輪機提供動力以產生能量。 目前，光電發電佔全球太陽能發電量的98%，光熱發電僅佔剩下的2%。

光伏發電和聚光太陽能發電在使用方式、產生的能源以及建造中使用的材料方面有所不同。 光伏發電的效率與太陽能板的尺寸保持恆定，這意味著使用較小的太陽能板而不是較大的太陽能板不會提高能源生產效率。 這是因為太陽能板中也使用了系統平衡 (BOS) 組件，其中包括硬體、匯流箱和逆變器。

對於 CSP，越大越好。 由於它利用太陽光線的熱量，因此可以收集的陽光越多越好。 該系統與當今使用的化石燃料發電廠非常相似。 主要區別在於，CSP 使用鏡子將陽光中的熱量反射到加熱流體（而不是燃燒煤炭或天然氣），從而產生蒸汽來轉動渦輪機。 這也使得 CSP 非常適合混合動力發電廠，例如聯合循環燃氣渦輪機 (CCGT)，它使用太陽能和天然氣來轉動渦輪機並產生能量。 採用 CSP 時，來自太陽能的能量輸出僅產生 16% 的淨電力。 CCGT 能源輸出產生約 55% 的淨電力，遠高於單獨的 CSP。

出身卑微

哥本哈根大學的 Anders Bo Skov 和 Mogens Brøndsted Nielsen 正在嘗試開發一種能夠比光伏或 CSP 更有效地收集、儲存和釋放太陽能的分子。 利用二氫甘菊環/乙烯基七富烯系統（簡稱 DHA/VHF），兩人在研究中取得了巨大進步。 他們最初遇到的一個問題是，隨著 DHA/VHF 分子儲存容量的增加，長時間保存能量的能力會下降。 化學系教授 Mogens Brøndsted Nielsen 表示：「無論我們採取什麼措施來阻止它，分子都會在一兩個小時後改變形狀並釋放儲存的能量。 安德斯的成就是他成功地將分子的能量密度提高了一倍，並且可以保持形狀一百年。 我們現在唯一的問題是如何讓它再次釋放能量。 該分子似乎不想再次改變其形狀。”

由於新分子的形狀更穩定，它可以更長時間地保持能量，但也更容易使用。 一組分子可以容納的能量存在理論上的限制，稱為能量密度。 理論上，1公斤（2.2磅）所謂的「完美分子」可以儲存1兆焦耳的能量，這意味著它可以容納最大量的能量並在需要時釋放它。 這大約足以將 3 公升（0.8 加侖）水從室溫加熱到沸騰。 等量的斯科夫分子可以在 750 分鐘內將 3.2 毫升（3 誇脫）從室溫加熱到沸騰，或在一小時內加熱 15 公升（4 加侖）。 雖然 DHA/VHF 分子無法儲存與「完美分子」一樣多的能量，但數量卻相當可觀。

分子背後的科學

DHA/VHF系統由DHA和VHF兩個分子組成。 DHA 分子負責儲存太陽能，VHF 則釋放。 它們透過在受到外部刺激（在本例中是陽光和熱量）時改變形狀來實現這一點。 當 DHA 暴露在陽光下時，它會儲存太陽能，分子因此將其形狀改變為 VHF 形式。 隨著時間的推移，VHF 會收集熱量，一旦收集到足夠的熱量，它就會恢復為 DHA 形式並釋放太陽能。

在一天結束時

安德斯·博·斯科夫對這個新分子感到相當興奮，這是有充分理由的。 儘管它還不能完全釋放能量，但斯科夫說：「在儲存太陽能方面，我們最大的競爭來自鋰離子電池，而鋰是一種有毒金屬。 我的分子在工作時既不釋放二氧化碳，也不釋放任何其他化合物。 這是“陽光輸入-功率輸出”。 當這種分子有一天耗盡時，它會降解成一種著色劑，這種著色劑也存在於洋甘菊花中。” 該分子不僅在使用過程中幾乎不釋放溫室氣體，而且當它最終降解時，它會變成環境中自然存在的惰性化學物質。