Топлина складиштирана од сонцето: енергетски систем кој може да се обнови со течни горива базирани на MOST

Глобалната потрошувачка на енергија ги покрива речиси половина од потребите за топлина, а голем дел од оваа топлина ја добиваме преку фосилни горива. Што се однесува до електричната енергија, сончевата енергија се складираше, додека литиум-јонските батерии значително напредуваа, но долгорочно и ефикасно складирање на топлината сè уште претставува инженерска предизвик. Во овој контекст, привлечноста на новиот систем за течни горива развиен од групата на Универзитетот во Калифорнија Санта Барбара (UCSB) е особено забележлива. Критичката идеја е да се создаде гориво што ќе може да чува сончевата светлина во молекуларни врски и да ја врати како топлина после месеци.

Молекуларниот сончев термичен пристап, наречен MOST, од години е перспективна теоретска концепција за складирање на енергија. Молекулите при апсорбирање на сончевата светлина складираат енергија во врските; кога ќе се активираат во одредена ситуација, тие се враќаат во својот претходен статус и складираната енергија се ослободува како топлина. Сепак, претходните дизајни на MOST не можеле практично да се применат поради ниска енергетска густина, брзо разложување или потреба од токсични растварачи.

Идејата што ја смени правецот на истражувањата била да се имитира сончевиот согорување при што се на штетата на ДНК со «(6-4) лезии», обидувајќи се да постигне понадежна трансформација. Кога УВ зраци создаваат врски наречени „(6-4) лезии“, уште повеќе УВ светлина ги форсира овие структури во понапредна форма позната како Dewar изомер. Во живите организми, фотолиизазата се активира за да го врати молекулот во стабилна состојба, ослободувајќи значајна количина топлина при враќањето на Dewar изомерот. инспирирана од овој природен циклус, екипата забележала дека Dewar изомерот може да функционира како „молекуларна батерија“ за складирање енергија. Целта била да се контролира и повторува овој процес за практично и сигурно складирање на енергија.

Со користење на молекул од типот 2-пиримидин, кој се трансформира во Dewar изомер со доверба под сончева светлина и се враќа во оригиналната форма ако е потребно, е создаден нов систем за гориво. Овој систем е способен да се наполни со сончевата енергија, да ја испушти кога е потребна топлина и да се повторно наполни. Во споредба со енергетската густина на литиум-јонските батерии, новиот systeem нуди значајни предности; додека претходните MOST истражувања користеа нанструктури и растварачи, овој дизајн работи без потреба од растварач. Течната форма на молекулата може да се пренесува директно од сончевите колектори до подземната складишна касета, а процесот на складирање е безбедно значение во вода.

Кога се дискутира за причините и потенцијалите, се наведуваат и одредени ограничувања. Молекулата главно апсорбира енергија на UV-A и UV-B опсезите, околу 300–310 nm должинa на бранови, што е само мал дел од сончевото зрачење. Исто така, квантниот ефектив е ограничен, што значи дека за секои 100 фотони, само еден ќе ја активира Dewar изомерот, што може да ја продолжи потребната изложеност на сонце за целосно полнење. Сепак, екипата верува дека овие ограничувања можат да се надминат. Потенцијалните предности се значајни: стабилната структура на Dewar изомерот ја намалува ризикот од самоволно празнење, а во некои деривати половниот живот на собна температура достигнува до 481 ден, додека разградувањето за 20 циклуси е незначително. Овие наоди ја потврдуваат иднината на MOST технологиите.

Без растварач, оваа течна конструкција ја складира сончевата енергија директно и ја претвара во топлина кога е потребна. Енергијата од сонцето се собира со соларни панели на покривите и се пренесува во подземната касета, каде што при потреба се ослободува како топлина во одредена мешавина со кисел катализатор, а потоа пренесува во централен систем за греење преку систем за размена на топлина. Безбедното функционирање во вода е значајна предност. Овој систем може да ја зголеми годишната достапност на сончевата енергија; особено летото се може да се наполни енергијата, а зимата да се користи за греење.

На крај, енергетската густина на Dewar изомерите што произлегуваат од пиримидинските деривати достигнува речиси двојно ниво од тоа на литиум-јонските батерии и при 20 циклуси еразувањето е значително избегнато. Ова го претставува потенцијал за преминување на досегашните ограничувања на MOST и значајна чекор напред во практичното складирање на енергија со скалирање на технологијата.