«Ήλιος σε μπουκάλι»: Επιστήμονες αποθηκεύουν ηλιακή ενέργεια χωρίς μπαταρίες
-
Το UCSB ανέπτυξε σύστημα MOST που αποθηκεύει ηλιακή ενέργεια σε μοριακό επίπεδο χωρίς μπαταρίες.
-
Το Dewar pyrimidone προσφέρει ενεργειακή πυκνότητα 1,6 MJ/kg — σχεδόν διπλάσια από τις μπαταρίες λιθίου.
-
Η τεχνολογία επιτρέπει μακροχρόνια αποθήκευση (έως 481 ημέρες) και εύκολη κλιμάκωση, ανοίγοντας τον δρόμο για εποχική ενεργειακή αυτονομία.
Από το πείραμα του Benjamin Franklin με τον κεραυνό τον 18ο αιώνα, ο πολιτισμός γοητεύεται από την ιδέα του «να φυλακίσει τον κεραυνό σε ένα μπουκάλι». Σήμερα, η ιδέα αυτή φαίνεται να επιστρέφει κυριολεκτικά. Επιστήμονες στο University of California, Santa Barbara (UCSB) ενδέχεται να βρήκαν τρόπο να «εμφιαλώσουν τον ήλιο» — ή τουλάχιστον την ενέργειά του — μέσω ενός διαλύματος Dewar pyrimidone.
Ένα από τα βασικά προβλήματα της ηλιακής ενέργειας είναι τι συμβαίνει όταν δύει ο ήλιος. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, τα ηλιακά συστήματα συλλέγουν ενέργεια, αλλά η αποθήκευσή της βασίζεται συνήθως σε ογκώδεις και συχνά αναποτελεσματικές μπαταρίες.
Οι ερευνητές, με επικεφαλής την Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Grace Han, ανέπτυξαν ένα νέο υλικό που καταργεί την ανάγκη για μπαταρίες, αποθηκεύοντας την ηλιακή ενέργεια απευθείας ως θερμότητα. Πρόκειται για μια νέα μορφή αποθήκευσης Molecular Solar-Thermal (MOST), όπου το φως αποθηκεύεται σε χημικούς δεσμούς σε μοριακό επίπεδο και απελευθερώνεται αργότερα ως θερμότητα.
Το σύστημα χρησιμοποιεί ένα ειδικά σχεδιασμένο υγρό με φωτοευαίσθητα τροποποιημένα μόρια πυριμιδόνης. Όταν εκτεθούν στο ηλιακό φως, τα μόρια αλλάζουν δομή και μετατρέπονται σε μια υψηλής ενέργειας διαμόρφωση Dewar.
Κάθε μόριο λειτουργεί σαν ένα μικροσκοπικό ελατήριο: το φως το «τεντώνει» και το κλειδώνει σε μια ενεργειακά φορτισμένη κατάσταση, η οποία μπορεί να διατηρηθεί για μήνες ή και χρόνια. Όταν ενεργοποιηθεί με θερμότητα ή οξύ, το μόριο επανέρχεται στην αρχική του μορφή και απελευθερώνει τη θερμότητα.
Η διαδικασία είναι επαναλαμβανόμενη και ανακυκλώσιμη, χαρακτηριστικό κρίσιμο για βιώσιμη τεχνολογία.
Η έμπνευση προήλθε από τη φύση: το συνθετικό μόριο βασίζεται σε δομικά στοιχεία του DNA, τα οποία μπορούν να μεταβάλλονται αναστρέψιμα υπό υπεριώδη ακτινοβολία.
Σε αντίθεση με άλλα συστήματα MOST που βρίσκονται ακόμα σε πιλοτικό στάδιο, το σύστημα Dewar pyrimidone θεωρείται το πρώτο με πρακτική εφαρμογή. Στα πειράματα, απελευθέρωσε αρκετή θερμότητα ώστε να βράσει περίπου 0,5 mL νερού σε συνθήκες περιβάλλοντος.
Σε σύγκριση με άλλες λύσεις αποθήκευσης, το σύστημα θεωρείται εξαιρετικά αποδοτικό. Η ενεργειακή του πυκνότητα φτάνει τα 1,6 MJ ανά κιλό, σχεδόν διπλάσια από μια τυπική μπαταρία λιθίου (0,9 MJ/kg).
Επιπλέον, το μόριο παραμένει σταθερό για μεγάλο χρονικό διάστημα, με υπολογισμένο χρόνο ημιζωής έως 481 ημέρες σε θερμοκρασία δωματίου.
Το σύστημα είναι επίσης εύκολα κλιμακούμενο: καθώς πρόκειται για διάλυμα, η αύξηση της χωρητικότητας γίνεται απλώς με μεγαλύτερη ποσότητα υγρού. Μπορεί να αντληθεί, να μεταφερθεί και να αποθηκευτεί με συμβατικές υποδομές — εξ ου και ο χαρακτηρισμός «bottled sun».
Πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν:
-
Θέρμανση νερού
-
Μαγείρεμα
-
Θέρμανση κτιρίων
-
Εποχική αποθήκευση ενέργειας (φόρτιση το καλοκαίρι, χρήση τον χειμώνα)
-
Πιθανή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω θερμοηλεκτρικών γεννητριών
