Solarna energija, pored mnogih benefita koje nosi sa sobom, ima i jednu očiglednu slabost: nestaje čim sunce zađe. Rješenje se do sada uglavnom tražilo u baterijama, ali takvi sistemi često su skupi i tehnički zahtjevni. Istraživači sa Univerziteta Kalifornija u Santa Barbari sada nude drugačiji pristup, koji bi mogao promijeniti način na koji razmišljamo o skladištenju energije.
Umjesto da proizvode električnu energiju i zatim je čuvaju u baterijama, oni predlažu sistem koji sunčevu energiju skladišti direktno u molekulima.
Skladištenje energije u molekulima
Solarni paneli su efikasni u proizvodnji električne energije, ali njihova priroda je takva da rade samo kada ima sunčeve svjetlosti. Ta povremenost znači da proizvodnja ne prati uvijek potrebe potrošnje.
Drugi problem je jednako važan, a to je da paneli ne skladište energiju. Oni je samo generišu. Ako želimo da je koristimo kasnije, moramo imati dodatne sisteme, najčešće baterije, što povećava troškove i kompleksnost.
Istraživački tim sa Univerziteta Kalifornija je razvio koncept poznat kao molekularno solarno-termalno skladištenje energije. U njegovom središtu nalazi se tečni molekul koji može apsorbovati sunčevu svjetlost, pohraniti energiju i kasnije je osloboditi kao toplotu.
Proces počinje apsorpcijom sunčeve svjetlosti. Molekul tada mijenja oblik i prelazi u stanje više energije, pri čemu se energija „zaključava“ unutar njegovih hemijskih veza. Taj trenutak može se uporediti sa sabijanjem opruge – energija se čuva dok je sistem u napetom stanju.
Kada se aktivira, molekul se vraća u prvobitni oblik i oslobađa energiju u vidu toplote. Sistem funkcioniše poput punjive baterije, ali bez elektronskih komponenti, jer je energija smještena unutar same materije.
Pirimidon – molekul koji „pamti“ sunčevu energiju
U središtu ovog otkrića nalazi se molekul pirimidon. Kada ga pogodi sunčeva svjetlost, on prelazi u stabilno stanje visoke energije u kojem može zadržati energiju sve dok ne dobije signal za njeno oslobađanje.
Taj signal može biti katalizator ili mala količina toplote. Na kon toga, molekul se vraća u početno stanje i oslobađa pohranjenu energiju.
Da bi objasnili ovaj proces, naučnici često koriste primjer fotohromatskih naočara. Na jakom svjetlu stakla potamne, a u zatvorenom prostoru ponovo postaju prozirna. Promjena je reverzibilna i zasniva se na preuređenju molekula. U ovom slučaju, razlika je u tome što molekuli ne mijenjaju boju, već oblik i time skladište energiju.
Prilikom razvoja molekula, istraživači su inspiraciju pronašli u DNK. Struktura pirimidona podsjeća na dijelove DNK koji mogu prolaziti kroz reverzibilne promjene pod uticajem ultraljubičastog zračenja.
Kombinujući tu ideju sa savremenim hemijskim pristupima, tim je razvio sintetički molekul koji može više puta skladištiti i oslobađati energiju.
Paralelno su koristili i kompjutersko modeliranje kako bi razumjeli njegovu stabilnost. To je ključno svojstvo, jer materijal mora izdržati veliki broj ciklusa bez gubitka performansi. Rezultat je kompaktan i stabilan molekul optimizovan za maksimalno skladištenje energije.
Fokus na toplotu, a ne na električnu energiju
Jedan od najvažnijih nalaza odnosi se na energetsku gustinu. Ovaj molekul može skladištiti više od 1,6 megadžula energije po kilogramu.
Za poređenje, standardne litijum-jonske baterije dostižu oko 0,9 megadžula po kilogramu kada se posmatra u kontekstu toplotne energije. To znači da novi sistem može pohraniti približno dvostruko više energije.
Dalje, za razliku od većine rješenja u oblasti obnovljivih izvora, ovaj pristup se ne fokusira na električnu energiju, već na toplotu.
To nije bez razloga. Veliki dio globalne potrošnje energije odnosi se upravo na grijanje, bilo da je riječ o zgradama, vodi ili industrijskim procesima. Tehnologija koja može „zarobiti“ sunčevu energiju tokom dana i kasnije je osloboditi kao toplotu mogla bi imati značajan praktični efekat.
Istraživači su u laboratorijskim uslovima pokazali koliko ovaj sistem može biti efikasan. Kada je molekul oslobodio energiju, proizveo je dovoljno toplote da proključa voda na sobnoj temperaturi.
To je važan pokazatelj, jer ključanje vode zahtijeva značajnu količinu energije. Time je potvrđeno da ovako pohranjena sunčeva energija može obavljati konkretan rad, a ne ostaje samo na teorijskom nivou.
Moguće primjene u svakodnevnom životu
Potencijalne primjene ove tehnologije su široke. U budućnosti bi se tečni molekuli mogli koristiti u solarnim kolektorima na krovovima, gdje bi tokom dana apsorbovali energiju i skladištili je u hemijskim vezama.
Kasnije bi se ta energija mogla koristiti po potrebi, zahvaljujući skladištenju u rezervoarima. Pošto je riječ o tečnosti, sistem bi mogao cirkulisati kroz cijevi, slično postojećim solarno-termalnim instalacijama.
To otvara mogućnosti za grijanje domaćinstava, zagrijavanje vode, ali i primjene van mreže, poput kamperske opreme.
Rana faza razvoja, ali jasan pravac
Iako je istraživanje još u ranoj fazi, rezultati ukazuju na jasan pravac razvoja. Sistem pokazuje da je moguće sunčevu energiju uhvatiti, sačuvati u molekulima i osloboditi onda kada je potrebna, bez oslanjanja na klasične baterije.
Naredni koraci uključuju unapređenje molekula kako bi efikasnije apsorbovali svjetlost i skladištili još više energije, kao i razvoj sistema koji bi mogli funkcionisati u realnim uslovima.
Ideja da se sunčeva energija „pohrani“ u tečnosti djeluje jednostavno, ali iza nje stoji složena hemija. Upravo takva rješenja pokazuju kako inovacije mogu proširiti mogućnosti obnovljivih izvora i učiniti ih pouzdanijim i dostupnijim i nakon što sunce zađe.
Jasmin Murić
