دستاورد دانشمندان آمریکایی: ذخیره‌سازی انرژی نور خورشید در یک مولکول

محققان دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا (UCSB) فناوری جدیدی توسعه داده‌اند که می‌تواند نحوه ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی را متحول کند. برخلاف باتری‌های معمولی که الکتریسیته ذخیره می‌کنند، این دانشمندان مولکولی به نام «پیریمیدون» (Pyrimidone) ساختند که نور خورشید را مستقیماً جذب می‌کند و آن را به‌صورت انرژی بالقوه در پیوندهای شیمیایی خود نگه می‌دارد.

نام این سیستم «ذخیره‌سازی حرارتی خورشیدی مولکولی» یا به اختصار MOST است و انرژی را نه به شکل برق، بلکه به شکل گرما آزاد می‌کند و چگالی انرژی آن دو برابر باتری‌های لیتیومی خودروهای برقی است. این نوآوری می‌تواند راه‌حلی ارزان و دائمی برای گرمایش منازل و آب گرم مصرفی، بدون نیاز به تبدیل‌های پرهزینه انرژی باشد.

ذخیره انرژی نور خورشید در یک مولکول

بزرگترین مانع در برابر انرژی خورشیدی نحوه ذخیره‌سازی آن است. در سیستم‌های فعلی، ابتدا نور توسط پنل‌های خورشیدی به برق تبدیل می‌شود، سپس در باتری‌های شیمیایی با فرایندهای پیچیده ذخیره می‌گردد و درنهایت دوباره برای تولید گرما یا نور تبدیل می‌شود. این مسیر طولانی باعث اتلاف انرژی و استهلاک باتری‌ها می‌شود.

اکنون سیستم جدید MOST تمام این واسطه‌ها را حذف می‌کند. محققان مولکول پیریمیدون (که از ساختارهای بلوک سازنده DNA مشتق شده است) را به‌گونه‌ای طراحی کرده‌اند که مانند یک «تله‌موش مولکولی» عمل می‌کند. وقتی نور خورشید به این مولکول می‌تابد، شکل هندسی آن تغییر می‌یابد و به حالتی تحت فشار به نام Dewar isomer درمی‌آید. در این حالت، انرژی خورشید در پیوندهای مولکول قفل می‌شود. این انرژی می‌تواند برای مدت طولانی و بدون هدررفت باقی بماند، تا زمانی که بخواهیم آن را آزاد کنیم.

 این ماده می‌تواند ۱.۶ مگاژول انرژی در هر کیلوگرم ذخیره کند. برای درک بهتر، این یعنی ظرفیت آن حدود ۴۴۴ وات‌ساعت بر کیلوگرم است؛ تقریباً دو برابر ظرفیت باتری‌های لیتیوم-یونی که در خودروهای برقی مدرن استفاده می‌شوند.

نکته مهم اینجاست که نیمی از نیاز انرژی جهان صرف گرما (گرم‌کردن خانه، پخت‌وپز و آب گرم) می‌شود. در سیستم‌های فعلی ما برق را به گرما تبدیل می‌کنیم که بازدهی پایینی دارد. اما مولکول پیریمیدون با اضافه‌شدن یک کاتالیزور، انرژی قفل‌شده خود را مستقیماً به شکل گرما آزاد می‌کند؛ این گرما به گفته محققان برای جوشاندن آب کافی است.

البته سیستم MOST هنوز در مراحل آزمایشگاهی قرار دارد. چالش فعلی دانشمندان این است که مولکول را طوری اصلاح کنند تا به‌جای نور فرابنفش، طیف نور مرئی خورشید را هم جذب کند. همچنین آنها درحال تبدیل کاتالیزورهای مایع به جامد هستند تا بتوان این سیستم را مانند یک فیلتر دائمی در لوله‌ها و مخازن گرمایشی منازل نصب کرد.