Naukowcy wynaleźli nową, potężną cząsteczkę magazynującą energię słoneczną, która zatrzymuje światło słoneczne niczym akumulator i uwalnia je później w postaci ciepła.
Słońce daje nam więcej energii, niż potrafimy sensownie wykorzystać. Problem zaczyna się wtedy, gdy zachodzi. Panele fotowoltaiczne przestają produkować prąd, dom przez cały czas trzeba ogrzać, wodę przez cały czas trzeba podgrzać, a energia z południa nie czeka grzecznie do wieczora, jeżeli wcześniej nie trafi do akumulatora albo sieci.
Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara stworzyli więc niezwykły nowy materiał, który działa jak ładowalny akumulator słoneczny, gromadząc światło słoneczne w maleńkich cząsteczkach i uwalniając je później w postaci ciepła, choćby długo po zachodzie słońca.
System zainspirowany odwracalnymi zmianami zachodzącymi w DNA i fotochromowymi okularami przeciwsłonecznymi, wychwytuje energię słoneczną bez konieczności korzystania z dużych baterii ani sieci elektrycznej. Cząsteczka może magazynować energię przez lata i gromadzi więcej energii na kilogram niż baterie litowo-jonowe.
Naukowcy sądzą, iż być może znaleźli rozwiązanie, które eliminuje potrzebę stosowania masywnych systemów akumulatorowych i uniezależnienia od sieci elektroenergetycznej.
W artykule opublikowanym w czasopiśmie Science, profesor Grace Han i jej zespół badawczy opisują nowy materiał zdolny do pochłaniania światła słonecznego, magazynowania tej energii w wiązaniach chemicznych, a następnie uwalniania jej w postaci ciepła, gdy jest to potrzebne. Materiał ten oparty jest na zmodyfikowanej cząsteczce organicznej o nazwie pirymidon i stanowi nowy krok naprzód w technologii magazynowania energii słonecznej metodą molekularną (MOST).
Koncepcja jest wielokrotnego użytku i nadaje się do recyklingu. Pomyśl o fotochromowych okularach przeciwsłonecznych. Kiedy jesteś w środku, to po prostu przezroczyste soczewki. Wychodzisz na słońce, a one same ciemnieją. Wracasz do środka, a soczewki znów stają się przezroczyste. Interesuje nas właśnie taka odwracalna zmiana. Tylko zamiast zmieniać kolor, chcemy wykorzystać tę samą ideę do magazynowania energii, uwalniania jej w razie potrzeby, a następnie wielokrotnego wykorzystywania materiału – powiedział Han Nguyen, główny autor badania.
Magazynowanie energii słonecznej inspirowane DNA
Podczas projektowania cząsteczki naukowcy zaczerpnęli inspirację z DNA. Struktura pirymidonu przypomina składnik naturalnie występujący w DNA, który może odwracalnie zmieniać kształt pod wpływem promieniowania ultrafioletowego.
Wykorzystując syntetyczną wersję tej struktury, zespół skonstruował cząsteczkę zdolną do wielokrotnego magazynowania i uwalniania energii. Aby lepiej zrozumieć, dlaczego cząsteczka pozostawała stabilna, utrzymując energię przez długi czas, naukowcy nawiązali współpracę z wybitnym profesorem naukowym Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, Kenem Houkiem.
Modelowanie komputerowe pomogło wyjaśnić, w jaki sposób materiał mógł magazynować energię przez lata bez znaczących strat.
Postawiliśmy na lekką, kompaktową konstrukcję cząsteczki. W tym projekcie wycięliśmy wszystko, czego nie potrzebowaliśmy. Wszystko, co było zbędne, usunęliśmy, aby cząsteczka była jak najbardziej kompaktowa – powiedział Nguyen.
Więcej na Spider’s Web:
Bateria słoneczna wielokrotnego użytku
W przeciwieństwie do standardowych paneli słonecznych, które bezpośrednio przetwarzają światło słoneczne na energię elektryczną, tnowy system magazynuje energię chemicznie. Cząsteczka zachowuje się jak ściśnięta sprężyna. Po pochłonięciu światła słonecznego przekształca się w napiętą, wysokoenergetyczną formę i pozostaje w tym stanie aż do momentu aktywacji.
Pod wpływem czynnika wyzwalającego, takiego jak niewielka ilość ciepła lub katalizator, cząsteczka powraca do pierwotnej formy, uwalniając zmagazynowaną energię w postaci ciepła.
Zwykle opisujemy to jako akumulator słoneczny. Przechowuje światło słoneczne i można go ładować – opisuje Nguyen.
Cząsteczka zapewnia również imponującą gęstość energii. Według naukowców, magazynuje ponad 1,6 megadżula energii na kilogram. Dla porównania, konwencjonalny akumulator litowo-jonowy magazynuje około 0,9 MJ/kg. Nowy materiał przewyższył również wcześniejsze generacje przełączników optycznych z magazynowaniem energii.
Technologia ta może w przyszłości znaleźć zastosowanie w wielu praktycznych zastosowaniach, takich jak systemy ogrzewania kempingowego lub podgrzewania wody w domu. Ponieważ materiał rozpuszcza się w wodzie, naukowcy twierdzą, iż w przyszłości może on krążyć w ciągu dnia w dachowych kolektorach słonecznych, a następnie być magazynowany w zbiornikach, które będą oddawać ciepło w nocy.
W przypadku paneli słonecznych potrzebny jest dodatkowy system akumulatorów do magazynowania energii. Dzięki molekularnemu magazynowaniu energii cieplnej pochodzącej ze słońca, sam materiał jest w stanie magazynować tę energię – powiedział współautor Benjamin Baker.
