حل یکی از چالشهای انرژی پاک در جهان
مولکولهایی که برق تولید میکنند
گروه علم و فناوری
پنلهای خورشیدی در طول روز برق تولید میکنند، اما با غروب آفتاب، این منبع انرژی خاموش میشود که همین مسأله باعث شده ذخیرهسازی انرژی خورشیدی به یکی از مهمترین چالشهای انرژی پاک در جهان تبدیل شود. اکنون گروهی از دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا راهکاری جالب و غیرمنتظره ارائه کردهاند؛ مادهای مایع که میتواند با کمک مولکولهای ویژه خود، نور خورشید را جذب کند، آن را برای مدت طولانی در خود نگه دارد و هر زمان که لازم بود دوباره به صورت گرما آزاد کند.
پژوهشگران، این ماده را نوعی «باتری خورشیدی قابل شارژ» توصیف میکنند که نه با برق، بلکه مستقیماً با نور خورشید شارژ میشود. در واقع در سامانه «ذخیره انرژی حرارتی خورشیدی مولکولی» توسعهیافته، انرژی خورشید در پیوندهای شیمیایی مولکولها ذخیره میشود تا بتواند حتی سالها انرژی خورشیدی را در خود نگه دارد و در زمان دلخواه آن را آزاد کند.
محققان در مقاله منتشر شده در نشریه علمی sciencedaily، عنوان کردهاند که این فناوری بر پایه مولکولی آلی به نام «پیریمیدون» طراحی شده است. این مولکول هنگام برخورد با نور خورشید تغییر شکل میدهد و انرژی دریافتی را در ساختار خود ذخیره میکند. وقتی این مولکول در معرض محرکی مانند مقدار کمی گرما یا یک کاتالیزور قرار گیرد، دوباره به شکل اولیه بازمیگردد و انرژی ذخیره شده را آزاد میکند.
ساخت یک باتری خورشیدی
با الهام از DNA
طراحی این مولکول از ساختار DNA الهام گرفته شده است. بخشی از DNA دارای ساختاری است که میتواند در برابر نور ماوراءبنفش تغییر شکل دهد و سپس دوباره به حالت اولیه بازگردد. همین تغییرات برگشتپذیر، الهامبخش طراحی ماده جدید شد.
دانشمندان نسخهای مصنوعی از این ساختار را ساختند و آن را به گونهای اصلاح کردند که بتواند انرژی نور خورشید را ذخیره کند. در این فرآیند تلاش شد با حذف اجزای غیرضروری، مولکول تا حد ممکن کوچک، سبک و ساده باقی بماند.
«هان نگوین»، دانشجوی دکترای دانشگاه کالیفرنیا و نویسنده اصلی این پژوهش در اینباره گفت:«برای درک بهتر پایداری این مولکول، از مدلسازیهای پیشرفته رایانهای کمک گرفتیم. این تحلیلها نشان داد ساختار مولکول میتواند انرژی ذخیره شده را برای مدتهای طولانی بدون افت قابل توجه نگه دارد. همین ویژگی باعث شد این ماده به گزینهای جذاب برای ذخیره انرژی خورشیدی تبدیل شود. این مولکول همچنین چگالی انرژی چشمگیری ارائه میدهد. این مولکول قادر است بیش از ۱٫۶ مگاژول انرژی در هر کیلوگرم ذخیره کند درحالی که یک باتری لیتیوم-یونی معمولی تقریباً ۰.۹ مگاژول در هر کیلوگرم انرژی ذخیره میکند.»
از ذخیره نور خورشید
تا جوشاندن آب
دانشمندان نشان دادند انرژی ذخیره شده در این مولکول میتواند گرمای کافی برای جوشاندن آب در شرایط محیطی را تولید کند؛ موضوعی که در حوزه ذخیره انرژی خورشیدی مولکولی کمتر دیده شده است.
جوشاندن آب فرآیندی پرمصرف از نظر انرژی محسوب میشود و رسیدن به چنین دمایی نشان میدهد این ماده توان بالقوه بالایی برای کاربردهای عملی دارد. به گفته پژوهشگران، اگر چنین فناوریهایی توسعه بیشتری پیدا کنند، میتوانند در آینده برای سیستمهای گرمایش آب خانگی، تجهیزات خارج از شبکه برق و حتی کاربردهای سادهای مانند کمپینگ مورد استفاده قرار گیرند.
یکی دیگر از ویژگیهای جالب این ماده، آن است که در آب حل میشود. همین ویژگی میتواند مسیرهای تازهای برای استفاده از آن ایجاد کند. برای مثال ممکن است این مایع با گردش در پنلهای خورشیدی موجود روی پشتبام خانهها در طول روز، انرژی خورشید را جذب کنند، سپس این انرژی در مخازنی ذخیره و در شب گرمای آنها آزاد شود. در چنین سیستمی، دیگر نیازی به باتریهای بزرگ و گرانقیمت برای ذخیره برق نخواهد بود، زیرا خود ماده، نقش باتری را ایفا میکند. به بیان دیگر، انرژی خورشید مستقیماً درون مولکولها ذخیره میشود و در زمان لازم دوباره آزاد خواهد شد.
پژوهشگران میگویند هنوز راهی طولانی تا تجاریسازی این فناوری باقی مانده است، اما نتایج اولیه نشان میدهد ذخیره انرژی خورشیدی در قالب مولکولهای شیمیایی میتواند مسیر تازهای برای آینده انرژیهای پاک باز کند. اگر این فناوری به مرحله کاربرد گسترده برسد، شاید روزی بتوان گفت انسانها واقعاً توانستهاند خورشید را در یک بطری مایع ذخیره کنند.
منبع: sciencedaily
