Πώς ένα ηλιακό έγκαυμα μπορεί να αλλάξει το μέλλον της ενέργειας
Για τους περισσότερους ανθρώπους, ένα ηλιακό έγκαυμα σημαίνει απλώς αντηλιακό, κοκκινισμένο δέρμα και μερικές μέρες δυσφορίας. Για τη Γκρέις Χαν, όμως, καθηγήτρια χημείας στο Πανεπιστήμιο Σάντα Μπάρμπαρα της Καλιφόρνια, το ίδιο φαινόμενο έγινε αφορμή για μια νέα ιδέα γύρω από το μέλλον της καθαρής ενέργειας.
Λίγο μετά τη μετακόμισή της από τη Βοστώνη στη νότια Καλιφόρνια, η Χαν παρατήρησε πόσο πιο έντονα αντιδρούσε το δέρμα της στον ήλιο. Η ίδια, όπως λέει χαριτολογώντας στο BBC, διάβαζε ήδη για «τη φωτοχημεία του DNA στον ελεύθερο χρόνο της». Και τότε συνειδητοποίησε κάτι ενδιαφέρον: τα μόρια DNA που επηρεάζονται από την ηλιακή ακτινοβολία αλλάζουν προσωρινά σχήμα, αποθηκεύοντας ενέργεια πριν επανέλθουν στην αρχική τους μορφή.
Αυτή ακριβώς η ιδέα βρίσκεται πίσω από μια σχετικά άγνωστη αλλά ιδιαίτερα φιλόδοξη τεχνολογία που ονομάζεται Molecular Solar Thermal Energy Storage — ή αλλιώς Most.
Η βασική αρχή είναι απλή στη θεωρία αλλά εξαιρετικά δύσκολη στην πράξη: ειδικά μόρια απορροφούν ενέργεια από το ηλιακό φως, αλλάζουν χημική δομή και «κλειδώνουν» αυτή την ενέργεια μέσα τους για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Όταν ενεργοποιηθούν ξανά, επιστρέφουν στην αρχική τους μορφή απελευθερώνοντας τη θερμότητα που είχαν αποθηκεύσει.
Κάπως σαν μια μικροσκοπική χημική μπαταρία που φορτίζεται με ήλιο.
Εδώ και δεκαετίες, επιστήμονες σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να βρουν μόρια που να μπορούν να κάνουν αυτή τη διαδικασία αποτελεσματικά, επαναλαμβανόμενα και με μεγάλη ενεργειακή πυκνότητα. Μέχρι σήμερα όμως, τα αποτελέσματα ήταν περιορισμένα.
Η Χαν πίστεψε ότι η λύση ίσως βρισκόταν ήδη στη φύση.
Σε πολλούς οργανισμούς, ειδικά φυτά και ζώα χρησιμοποιούν ένζυμα όπως η photolyase για να επιδιορθώνουν μόρια που έχουν παραμορφωθεί από τον ήλιο. Η εξέλιξη, ουσιαστικά, είχε ήδη βρει τρόπους ώστε αυτά τα «παραμορφωμένα» μόρια να λειτουργούν σταθερά και επαναλαμβανόμενα.
«Είναι πολύ μικρά μόρια αλλά μπορούν να αποθηκεύσουν τεράστια ποσά ενέργειας σε σχέση με τη μάζα τους», εξηγεί η Χαν.
Τα αποτελέσματα που δημοσίευσε η ομάδα της τον Φεβρουάριο θεωρούνται από τα πιο εντυπωσιακά μέχρι σήμερα στον χώρο του Most. Σύμφωνα με την έρευνα, το σύστημα πέτυχε ενεργειακή πυκνότητα 1,65 megajoules ανά κιλό — υψηλότερη ακόμη και από εκείνη πολλών μπαταριών λιθίου που χρησιμοποιούνται σήμερα σε smartphones και ηλεκτρικά αυτοκίνητα.
Στο εργαστήριο, η αποθηκευμένη ενέργεια ήταν αρκετή ώστε να κάνει ένα μικρό δείγμα νερού να βράσει σχεδόν αμέσως μέσα σε φιαλίδιο.
«Όταν είδα το βίντεο και πόσο γρήγορα έβραζε όλο το διάλυμα, ήταν πραγματικά εντυπωσιακό», λέει η Χαν.
Παρότι τα αποτελέσματα θεωρούνται εξαιρετικά υποσχόμενα, η τεχνολογία απέχει ακόμη αρκετά από πρακτικές εφαρμογές μεγάλης κλίμακας.
Ένα από τα βασικά προβλήματα είναι ότι τα μόρια ενεργοποιούνται σήμερα από υπεριώδες φως συγκεκριμένου μήκους κύματος — ένα είδος «σκληρής» UV ακτινοβολίας που υπάρχει σε σχετικά μικρές ποσότητες στο φυσικό ηλιακό φως. Επιπλέον, για να απελευθερωθεί η αποθηκευμένη ενέργεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν υδροχλωρικό οξύ, μια ιδιαίτερα διαβρωτική ουσία που δεν θεωρείται πρακτική για καθημερινή χρήση.
Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι στο μέλλον θα μπορέσουν να σχεδιάσουν συστήματα που θα λειτουργούν με πιο ήπιο φυσικό φως και χωρίς τοξικά χημικά.
Ο στόχος, πάντως, είναι εξαιρετικά σημαντικός: η αποθήκευση θερμότητας χωρίς ορυκτά καύσιμα.
Σήμερα, μεγάλο μέρος της παγκόσμιας θέρμανσης — από κτήρια μέχρι βιομηχανία — εξακολουθεί να βασίζεται στο φυσικό αέριο και άλλα fossil fuels. Οι τεχνολογίες Most φιλοδοξούν να προσφέρουν έναν διαφορετικό δρόμο: αποθήκευση ηλιακής ενέργειας χωρίς καύση και χωρίς εκπομπές.
Και σε αντίθεση με το πετρέλαιο ή το φυσικό αέριο, που εξαρτώνται από συγκεκριμένες γεωγραφικές περιοχές και γεωπολιτικές ισορροπίες, τέτοιου είδους συστήματα θα μπορούσαν θεωρητικά να χρησιμοποιηθούν σχεδόν οπουδήποτε υπάρχει ηλιακό φως.
Παρόλα αυτά, αρκετοί ερευνητές παραμένουν επιφυλακτικοί για το πόσο γρήγορα ή σε ποια κλίμακα θα μπορέσει να εφαρμοστεί η τεχνολογία. Τα μόρια πρέπει να τοποθετούνται σε πολύ λεπτά στρώματα ώστε να μπορεί το φως να τα διαπερνά αποτελεσματικά, ενώ τα υγρά συστήματα απαιτούν αντλίες, κυκλώματα και σύνθετες υποδομές.
Για αυτόν τον λόγο, αρκετές ομάδες στρέφονται πλέον σε solid-state εκδοχές της τεχνολογίας. Η ίδια η Han ερευνά ήδη πιθανές εφαρμογές όπως διαφανείς επιστρώσεις σε παράθυρα που θα μπορούσαν να αποθηκεύουν ηλιακή ενέργεια και να απελευθερώνουν θερμότητα όταν χρειάζεται — για παράδειγμα ώστε να αποτρέπεται η υγρασία ή να θερμαίνονται εσωτερικοί χώροι.
Προς το παρόν, ο χώρος του Most παραμένει μικρός και ιδιαίτερα εξειδικευμένος. Όπως σημειώνουν ερευνητές του κλάδου, σε περσινό συνέδριο για την τεχνολογία συμμετείχαν μόλις περίπου 70 άτομα — σχεδόν ολόκληρη η παγκόσμια κοινότητα που εργάζεται πάνω σε αυτή.
Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι η τεχνολογία είναι ασήμαντη. Αντιθέτως, για πολλούς επιστήμονες αποτελεί ένα από τα πιο ενδιαφέροντα παραδείγματα του πώς η φύση και η χημεία μπορούν να εμπνεύσουν νέες μορφές καθαρής ενέργειας σε μια εποχή όπου η ανάγκη για αποθήκευση γίνεται όλο και πιο κρίσιμη.
