 Солнце представляет огромный источник энергии. Всего за один час Земля облучается таким количеством солнечного света, что человечество может покрыть свои потребности в энергии в течение всего года - если бы оно только знало, как собирать и сохранять солнечную энергию. Но хранения солнца не является простым делом. Теперь студент кафедры химии Копенгагенского университета исследовал свой путь к прорыву, который может оказаться ключевым для технологий, пытающихся захватить энергию солнца и сохранить его на дождливый день.
Андерс Бо Сков недавно начал обучение на степень магистра в области химии в Университете Копенгагена. Вместе со своим руководителем Могенсом Брондстедом Нильсеном, он публикует статью «На пути к хранению солнечной энергии хранения в фотохромных системах» в европейском журнале по химии.
Профессор Брондстед является руководителем «Центра эксплуатации солнечной энергии» в Университете Копенгагена. Его команда пытается разработать молекулы, способные собирать и удерживать значительное количество солнечной энергии, хранить ее на протяжении значительного количества времени, и выпускать ее по требованию. К сожалению, их исследования сталкивались с тем, что выглядело как раздражающей закон природы. В то время как способность молекул удерживать энергию, казалось, улучшалась, способность хранить ее в течение долгого времени падала; и наоборот.
Группа работает с молекул, известных как системы Dihydroazulene-Vinylheptafulvene. Проще говоря они сохраняют энергию путем изменения формы, но каждый раз, когда группе удавалось создавать улучшенные молекулы, молекулы теряли часть своей способности удерживать энергию, по словам профессора Брондстеда.
«Независимо от того, что мы сделали, чтобы предотвратить это, молекулы бы изменить свою форму назад и освободили накопленную энергию всего за час или два. Достижение Андерса состоит в том, что он сумел удвоить плотность энергии в молекуле, которая может сохранять свою форму в течение сотни лет. Наша единственная проблема в том, как мы заставить ее освободить энергию снова. Такое впечатление, что молекула, кажется, не желает изменить свою форму снова», улыбается Могенс Брондстед.
Во время исследований бакалавра Андерсу Бо Скову было уделено четыре месяца, чтобы улучшить неустойчивую молекулу в его проекта. И он сделал это в самый последний момент. Химия подобна выпечке хлеба. Если мука исчезает, а тесто остается, то не будет никакого хлеба. Используя эту аналогию, «хлеб» Скова буквально исчез из его рук. Настолько неустойчивыми оказались молекулы, с которыми он работал.
«Мой химический «рецепт» требовал четырех стадии синтеза. Первые три были кусок пирога. Я выполнил их всего за месяц. Получение последнего шага отняло у меня три месяца», говорит Сков.
Независимо от метода, когда вы накапливаете энергию есть теоретический предел плотности энергии… и, наконец, реальность. В теории килограмм правильных молекул мог бы хранить мегаджоуль энергии, если они были идеально подходящими. С этой суммой энергии можно нагреть три литра воды от комнатной температуры до температуры кипения.
Килограмм молекулы Скова может вскипятить только 75 сантилитров, но он делает это всего за три минуты. Это означает, что его молекулы могут довести до кипения 15 литров воды в час и Сков вместе с его руководителем убеждены, что это только начало.
«То, чего Андерс добился, является важным прорывом. Правда, мы не имеем хороший метод, чтобы освободить энергию по требованию, и мы должны увеличить плотность энергии еще дальше. Но теперь мы знаем, какой путь взять для того, чтобы преуспеть», говорит восторженный профессор Могенс Брондстед. Сков тоже взволнован - главным образом потому, что его молекулы являются устойчивыми на разных уровнях. Они не только собирают устойчивую солнечную энергию. Они также являются совершенно нетоксичными.
«Когда дело доходит до хранения солнечной энергии наша самая большая конкуренция происходит от литий-ионных батарей, и литий является вредным металлом. Мои молекулы не выделяют ни CO2, ни какие-либо другие химические соединения во время работы. И когда молекула изнашивается в один день, она деградирует до красящего вещества, которое также можно найти в цветках ромашки», объясняет Сков.
|
