Първоначални наблюдения върху различната интензивност на UV лъчението в Южна Калифорния насочват вниманието на проф. Грейс Хан към фотохимичните процеси в ДНК, пише BBC. При излагане на слънце ДНК молекулите променят пространствената си конфигурация, преминавайки в напрегнато, енергийно богато състояние – механизъм, който стои в основата на слънчевото изгаряне.
Тази структурна промяна се оказва аналогична на процес, който учените търсят от десетилетия: молекули, способни да изкривяват формата си, да съхраняват енергия и да я освобождават при поискване.
Молекулярно слънчево-термално съхранение (MOST)
Този принцип е в основата на молекулярното слънчево-термално съхранение на енергия (MOST) – технология, която използва фоточувствителни молекули, за да съдържа слънчева енергия в химична форма.
MOST системите:
- Променят стуктурата си при поглъщане на светлина
- Съхраняват енергията в напрегнатото състояние
- Освобождават топлина при връщане към първоначалната форма
Те могат да задържат енергия месеци или години, което ги прави потенциално евтина и беземисионна алтернатива за топлинно съхранение. В природата този процес е усъвършенстван от еволюцията. Някои организми използват ензима фотолиаза, за да възстановяват UV-увредени молекули. Това показва, че подобни молекули са стабилни, повтаряеми и способни да съхраняват значителни количества енергия.
Новият пробив
В статия, публикувана през февруари, екипът на Хан представя най-обещаващата MOST система досега по отношение на енергийна плътност. Съхранената енергия е достатъчна, за да доведе до бързо кипване на малко количество вода във флакон.
Ключова роля играят компютърните модели, разработени от Кендъл Хук и екипа му от UCLA, които предсказват поведението на молекулите.
Каспер Мот-Поулсен, водещ изследовател в областта на MOST, определя резултатите като впечатляващи. Постигнатата енергийна плътност от 1,65 MJ/kg значително надвишава тази на литиево-йонните батерии, които в момента са най-популярният тип батерии за телефони и електрически автомобили.
Ограниченията на настоящата MOST система
Системата Most, разработена от екипа на Хан, показва значителен напредък, но има и важни ограничения. Първото е свързано с дължината на светлинната вълна, необходима за активиране на молекулната трансформация – около 300 nm, което попада в диапазона на много силна на UV светлина. Както отбелязва Джон Грифин от Университета в Ланкастър, тази част от спектъра достига Земята в много малки количества, което ограничава ефективността при естествено осветление.
Второто ограничение е свързано с механизма за освобождаване на енергия. В настоящата версия той се задейства чрез солна киселина – корозивен реагент, който трябва да бъде неутрализиран след употреба. Хан признава, че това не е оптимално решение и че бъдещите разработки трябва да позволят освобождаване на енергия без токсични химикали.
Декарбонизация на отоплението като крайна цел
Крайната цел на подобни системи е декарбонизацията на отоплението, което остава едно от най-трудните предизвикателства в енергийния преход. Светът продължава да разчита на изкопаеми горива за топлинни приложения, но MOST предлага химическо съхранение на енергия без изгаряне, подчертава Мот-Поулсен.
Допълнително предимство е универсалната достъпност. За разлика от изкопаемите горива, които са географски концентрирани, MOST може да се използва навсякъде, където има слънчева светлина. Това елиминира уязвимости като тези, свързани с Ормузкия проток, където блокади могат да прекъснат глобалните доставки.
Дългосрочно съхранение
MOST системите могат да съхранява енергия в продължение на години или десетилетия, докато класическите термални ситеми задържат топлина само часове или дни.
Но има и технически предизвикателства:
- Светлочувствителните молекули трябва да бъдат разпределени в тънък слой, за да може светлината да прониква равномерно. Хари Хостер научен директор на фокусирания върху водорода ZBT център за горивни клетки в Германия, оценява оптималната дебелина на около 5 мм.
- Течната форма на системата изисква помпане и преместване на флуида, което увеличава разходите и риска от повреди.
- Твърдотелните версии, върху които работят Грифин и Хан, могат да приемат формата на прозрачни покрития за прозорци. По този начин те биха могли да предотвратят кондензация или да осигурят локално отопление.
Хостър остава скептичен, че MOST може да осигури цялото необходимо отопление в сгради, но вижда потенциал за температурно чувствителни компоненти в авиацията и космическите технологии.
Иновациите и изследванията вероятно ще продължат, въпреки че тази област остава сравнително нишова. На последната конференция, посветена на MOST, присъстват около 70 изследователи – практически цялата глобална общност, работеща по технологията.
