Revolučná molekula dokáže uskladniť slnečnú energiu do tekutiny

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Vedci vytvorili syntetickú tekutinu inšpirovanú štruktúrou ľudskej DNA.

• Materiál zachytáva fotóny a ukladá ich vo forme mechanického napätia.

• Uvoľnené teplo dokáže priviesť vodu do varu v izbových podmienkach.

Základnou fyzikálnou prekážkou súčasnej solárnej energetiky naďalej zostáva kritická otázka uskladnenia vyprodukovanej sily po západe slnka. Komerčné fotovoltické panely premieňajú slnečné lúče na elektrinu prakticky okamžite, čo si pre neskoršie využitie vynucuje masovú prítomnosť nákladných chemických batérií.

Výskumníci z Kalifornskej univerzity v Santa Barbare však vyvinuli unikátnu tekutú slnečnú batériu, ktorá absorbuje fotónovú energiu priamo do štruktúry molekúl. Jadrom inovácie je špeciálne upravená syntetická organická molekula známa ako pyrimidón, ktorá nepotrebuje pre svoju prácu toxické priemyselné rozpúšťadlá.

Chemickí inžinieri sa pri dizajnovaní štruktúry inšpirovali architektúrou DNA, ktorej komponenty prirodzene podliehajú štrukturálnym zmenám pri silnom ožiarení. Kvapalný molekulárny materiál funguje vo svojej podstate ako dokonale natiahnutá neviditeľná mechanická pružina.

Keď organickú zlúčeninu zasiahnu energeticky bohaté fotóny ultrafialového svetla s vlnovou dĺžkou 300 nanometrov, molekula sa okamžite skrúti do takzvaného Dewarových izomérov. Tento napnutý izomér následne zostáva geometricky uzamknutý v neprirodzenom tvare, vďaka čomu ukladá nahromadenú energiu vnútri svojho obrovského chemického napätia.

Základný molekulárny materiál dosahuje bezprecedentnú energetickú hustotu na úrovni 1,6 megajoulov na kilogram. Týmto číslom takmer dvojnásobne prekonáva maximálnu hustotu komerčných lítium-iónových batériových systémov, ktoré dosahujú priemerne len 0,9 megajoulov. V synteticky uzamknutom stave navyše tekutina prečká nespočetné mesiace alebo celé roky bez najmenších náznakov strát, kým nepríde vonkajší podnet.

Kritickým prelomom v dizajne tohto konkrétneho roztoku je samotný mechanizmus riadeného extrahovania tepla, ktorý dlho brzdil laboratórny výskum. Akonáhle je studený roztok jemne stimulovaný kyslým katalyzátorom alebo nepatrným množstvom úvodného tepla, molekula bleskovo zmení tvar späť do uvoľneného stavu.

Prudká štrukturálna zmena naraz vyžiari do okolia také obrovské množstvo tepla, že dokáže v zlomku sekundy priviesť pol mililitra vody k silnému varu. Tento masívny teplotný gradient konečne otvára dvere pre nové spôsoby využitia solárneho tepla v úplne izolovanom a odpojenom režime. V odľahlých horských osadách alebo vo vojenských stanoch v poli by zabezpečené kanistre s nabitou tekutinou mohli slúžiť ako spoľahlivý záložný systém.

Vďaka rozpustnosti inovatívneho materiálu priamo vo vode môže byť zmes bezpečne pumpovaná cez štandardné strešné solárne kolektory. Zatiaľ čo cez deň fotóny nabíjavajú molekulárnu tekutinu obiehajúcu na strechách, systém ju následne bezpečne odčerpáva do hlbokých izolovaných rezervoárov v pivnici. Odtiaľ dokáže roztok počas chladnej noci plynulo poskytovať efektívne vykurovanie celého domu jednoduchým spustením katalytickej reakcie.

Po uvoľnení energie sa molekula plynule vráti do pôvodného plochého tvaru a celý cyklus môže byť nasledujúce ráno bez opotrebovania zopakovaný. Technológia priamo eliminuje nutnosť deštruktívnej ťažby ťažkých kovov, akými sú problematické lítium alebo vzácny kobalt.

Samotné organické molekuly možno hromadne syntetizovať v štandardných chemických prevádzkach s použitím veľmi bežných a geopoliticky nekonfliktných surovín. Obrovský potenciál decentralizovaného ukladania tepla nedávno potvrdila aj masívna inštitucionálna podpora tohto ambiciózneho projektu prostredníctvom prestížneho ocenenia Moore Inventor Fellowship.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Oddelenie zberu energie od okamžitej spotreby poskytuje nezávislé a dlhodobé riešenie pre lokálne ekologické vykurovanie.

Zdroj: futurity.org foto: depositphotos.com