Технологія майбутнього: як сонячні опіки "підказали" революційний спосіб зберігання енергії
Професорка хімії з Каліфорнійський університет у Санта-Барбарі (UCSB) Грейс Хан зробила несподіване відкриття, яке пов’язує біологічні процеси сонячних опіків із перспективною технологією зберігання енергії. Її дослідження, опубліковане в лютому, показує новий підхід до молекулярного сонячно-теплового зберігання енергії (MOST), який може стати дешевою та беземісійною альтернативою традиційним акумуляторам. Про це повідомляє ВВС.
Грейс Хан раніше працювала в Бостоні, а згодом переїхала до південної Каліфорнії, де різниця в інтенсивності сонця стала для неї очевидною. Під час першої поїздки регіоном вона буквально відчула вплив сонця на шкіру — легке поколювання та подразнення після кількох годин на відкритому повітрі.
Після переїзду до UCSB вона почала частіше користуватися захистом від сонця, але паралельно, як хімік, зацікавилася процесами фотохімії ДНК. Саме тоді вона звернула увагу на молекулярні зміни, які відбуваються у ДНК під дією ультрафіолету — молекули змінюють форму, накопичуючи напружену енергію.
Принцип роботи: молекули як «пружини» енергії
Дослідники десятиліттями шукають молекули, здатні змінювати форму під дією світла, накопичувати енергію, а потім вивільняти її за запитом. Цей процес порівнюють із «пасткою для миші»: енергія “заводиться” і потім різко вивільняється.
Технологія MOST базується на цьому принципі:
- молекула змінює форму під впливом світла;
- накопичує енергію у хімічних зв’язках;
- повертається до початкової форми, вивільняючи тепло.
У природі подібні механізми вдосконалювалися мільйонами років. Деякі організми використовують фермент фотоліза для відновлення світлочутливих молекул, і саме ці процеси надихнули дослідників UCSB.
Хан зазначає:
У експериментах UCSB створені молекули змогли накопичити достатньо енергії, щоб нагріти та закип’ятити невелику кількість води у лабораторному флаконі — своєрідний «дуже маленький чайник».
Ключову роль у проєкті відіграли комп’ютерні моделі, розроблені командою Кендалла Гоука з Каліфорнійський університет у Лос-Анджелесі (UCLA), які дозволили передбачити поведінку молекул.
Вражаюча енергоємність: перевищення літій-іонних батарей
Дослідник Каспер Мот-Пульсен, який не брав участі в проєкті, зазначив, що найкращі системи раніше досягали близько 1 мегаджоуля на кілограм, тоді як нова система UCSB — 1,6–1,65 МДж/кг.
Це значно перевищує показники сучасних літій-іонних акумуляторів, які використовуються в телефонах та електромобілях.
Обмеження технології: ультрафіолет і хімічні реагенти
Попри успіх, система має суттєві недоліки:
- активація відбувається при довжині хвилі близько 300 нм (жорсткий ультрафіолет);
- сонячного UV-спектра в природі недостатньо для ефективної роботи;
- для вивільнення енергії використовується соляна кислота, яка є агресивною та потребує нейтралізації.
Хан визнає, що це неідеальне рішення і планує вдосконалити систему так, щоб вона працювала з природним світлом і без токсичних реагентів.
Чому це важливо: декарбонізація тепла
Мета технології — заміна викопного палива в системах опалення. На відміну від традиційних батарей, молекулярне зберігання:
- не потребує спалювання палива;
- може працювати без викидів;
- потенційно дозволяє довготривале зберігання енергії (місяці або роки).
Експерти зазначають, що більшість енергії для опалення у світі досі надходить із викопного палива.