Ученые уже умеют хранить солнечную энергию 100 лет

Солнце — гигантский источник энергии. Всего за один час она проливается на Землю в таком количестве, что человечеству хватило бы ее для всех своих потребностей на целый год. Если бы только люди знали, как собрать и сохранить ее. Но хранение солнечной энергии — нетривиальная задача. И вот студент Копенгагенского университета (University of Copenhagen) взялся за исследование в поисках пути, который мог бы стать основой технологий, позволяющих улавливать энергию светила и сохранять ее для использования в дождливые дни. Даже сейчас, когда солнечная энергия еще не получила широкого распространения, ее уже используют в изготовлении топлива для автомобилей.

Об этом в заметке «Better battery for storing solar energy?» со ссылкой на факультет наук Копенгагенского университета сообщает ресурс ScienceDaily. Студент кафедры химии этого учебного заведения Андерс Бо Сков (Anders Bo Skov) недавно начал обучаться по магистерской программе. Вместе со своим научным руководителем Могенсом Брендстедом Нильсеном (Mogens Brøndsted Nielsen), он опубликовал статью «Towards Solar Energy Storage in the Photochromic Dihydroazulene-Vinylheptafulvene System» («О хранении солнечной энергии в фотохромной дигидроазуленово-винилгептафульвеновой системе») в журнале «Chemistry — A European Journal».

Профессор Бренстед является заведующим «Центра использования солнечной энергии» («Center for Exploitation of Solar Energy») Копенгагенского университета. Его команда работает над молекулами, способными в значительных объемах собирать и удерживать солнечную энергию и хранить ее в течение длительного времени, чтобы использовать по необходимости. К сожалению, за год исследований они выяснили следующее — когда способность молекул собирать энергию повышается, то падает их способность хранить ее.

Ученые работают над молекулами, которые получили название дигидроазуленово-винилгептафульвеновой системы (Dihydroazulene-Vinylheptafulvene). Она накапливает энергию, меняя свою форму. Но каждый раз, когда команда профессора Бренстеда стремится усовершенствовать эти молекулы, они теряют часть своей способности удерживать свою «энергонакопительную» форму. Об этом сообщил сам профессор Бренстед:

Несмотря на все, что мы делаем, чтобы это предотвратить, молекулы меняют свою форму обратно и выпускают сохраненную энергию через час или два. Достижение Андерса состоит в том, что он справился с задачей удвоения плотности энергии в молекуле, которая может удерживать свою форму в течение сотни лет. Наша единственная трудность сейчас состоит в том, как заставить ее выпустить энергию снова. Эта молекула, похоже, не хочет менять свою форму в обратном направлении.

В ходе своего обучения на степень бакалавра, Андерс Бо Сков располагал четырьмя месяцами на то, чтобы усовершенствовать нестабильную молекулу Бренстеда в рамках своего бакалаврского проекта. И ему удалось этого достичь. Химия во многом подобна работе пекаря. Хлеб не выйдет из печи, если, например, мука исчезнет из теста. Используя эту аналогию, Сков видел, что молекула теряет энергию:

Мой химический «рецепт» требовал четырех шагов синтеза, чтобы работать. Первые три были проще простого. Я разработал их всего за месяц. Третий шаг занял у меня три месяца.

Вне зависимости от метода, когда вы хотите сохранить энергию, существует теоретическое ограничение плотности энергии. А теперь реальность. В теории килограмм нужных молекул может сохранить мегаджоуль энергии в том случае, когда молекулы обладают соответствующей конструкцией. Этим объемом энергии вы можете довести три литра воды от комнатной температуры до кипения.

Килограмм молекул, разработанным Сковом, могут вскипятить лишь 75 сантилитров воды, но весь процесс займет всего три минуты. Это означает, что молекулы его разработки способны кипятить по 15 литров воды в час и Сков, как и его научный руководитель, полагает, что это только начало. Профессор Бренстед с явным энтузиазмом уточняет:

Достижение Андерса — важное и выдающееся. Надо сказать, что мы не располагаем хорошим методом выпуска энергии по необходимости и нам нужно в дальнейшем повысить плотность энергии. Но сейчас мы знаем, каким путем следовать для достижения успеха.

Молекулы достаточно устойчивы сами по себе. При этом, отмечает профессор Бренстед, они полностью нетоксичны. Когда возможность хранить солнечную энергию будет достигнута, отмечает профессор, разработанное решение составит конкуренцию литиево-ионным батареям, поскольку литий — ядовитый металл. Разработанные профессором Бренстедом молекулы в процессе своей работы не выделяют ни CO2, ни каких-либо других химических соединений. И когда молекула износится, то она преобразуется в пигмент, который содержится также в цветах ромашки. Следует отметить, что ранее солнечные батареи научились делать из креветочных панцирей.

Несмотря на препятствия, Сков получил столь приятные впечатления от своего бакалаврского проекта, что он решил включить его в свою магистерскую программу. Обычно студенты магистратуры начинают свою программу с годичного курса и лишь затем приступают к исследованию своих тезисов. Сков же просто продолжает в лаборатории ту работу, которая была начата в рамках его бакалаврского проекта. Его работа проводится в рамках университетского «Центра использования солнечной энергии», который будет направлять его идеи по совершенствованию улавливающих энергию Солнца молекул. Сейчас он хотел бы «научить» молекулы выпускать энергию по необходимости. И 25-летний студент магистратуры стремится разработать такую послушную молекулу, которая не просто накапливает энергию, но и позволяет ее в дальнейшем использовать. Солнечная энергия также используется в холодильниках, которым не нужно электричество.

Считаете ли вы солнечную энергетику перспективным направлением? Если появится возможность накапливать ее и использовать, когда нужно, станет ли это важным шагом на пути ее массового распространения? В каких сферах солнечная энергия могла бы найти себе применение в ближайшем будущем?