انقلابی در ذخیره انرژی؛ مولکولی که نور خورشید را سال‌ها نگه می‌دارد

بزرگ‌ترین مشکل بر سر راه استفاده از انرژی خورشیدی همیشه این بوده است که با غروب خورشید، تولید انرژی متوقف می‌شود؛ اما شیمیدانان به‌تازگی راهی یافته‌اند تا برای همیشه بر این مانع غلبه کنند: مولکولی که نور خورشید را درون ساختار خود ذخیره و در هنگام نیاز آن را به صورت گرما آزاد می‌کند.

به گزارش راه مردم آنلاین به نقل از گروه علمی ایرنا، وبگاه تِک‌اِکسپلور در گزارشی آورده است:

وقتی خورشید غروب می‌کند، صفحات خورشیدی از کار می‌افتند؛ این مانع اساسی بر سر راه استفاده از انرژی‌ تجدیدپذیر است که این سؤال را ایجاد می‌کند: چگونه می‌توان انرژی خورشید را برای یک روز بارانی یا یک شب سرد ذخیره کرد؟

شیمیدانان دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، به‌تازگی راه‌حلی برای این مشکل یافته‌اند: یک مولکول آلی (کربن‌دار) که نور خورشید را در پیوندهای شیمیایی خود ذخیره می‌کند، آن را سال‌ها حفظ و هنگام نیاز، به صورت گرما آزاد می‌کند. این کشف که در مجله معتبر سایِنس/ Science منتشر شده، می‌تواند وابستگی ما به باتری‌های سنگین و پرهزینه را کاهش دهد.

یک باتری خورشیدی شارژشدنی

این ماده که پیریمیدون (pyrimidone) نام دارد، مانند یک فنر مولکولی عمل می‌کند: وقتی نور خورشید به آن می‌تابد، فشرده و پرانرژی می‌شود و تا زمانی که یک محرک (مثل گرما) آن را تحریک نکند، در همان حالت قفل می‌ماند. در لحظه آزادسازی، انرژی ذخیره‌شده به صورت گرما بیرون می‌آید.

هان انگوین (Han Nguyen)، دانشجوی دکتری و نویسنده اصلی مقاله، درباره ویژگی‌های این مولکول توضیح می‌دهد: این مولکول را می‌توان بارها و بارها استفاده کرد، درست مثل عینک‌های هوشمندی که در آفتاب، تیره و در خانه شفاف می‌شوند. تفاوت در اینجاست که ما به جای تغییر رنگ، انرژی خورشید را ذخیره می‌کنیم.

الهام از دی‌اِن‌اِی

جالب اینجاست که گروه پژوهشی برای ساخت این مولکول از دی‌اِن‌اِی الهام گرفته است. ساختار پیریمیدون شبیه به یکی از اجزای دی‌اِن‌اِی است که در برابر نور فرابنفش تغییر شکل می‌دهد. پژوهشگران با مهندسی نسخه مصنوعی این ساختار، مولکولی ساختند که انرژی را به طور معکوس‌پذیر ذخیره و آزاد می‌کند.

راز کارآیی بالای این مولکول در طراحی ساده و مینیمال آن نهفته است. پژوهشگران همه اجزای اضافه آن را حذف کردند تا مولکول نهایی سبک، فشرده و در عین حال قدرتمند باشد.

قدرتی فراتر از باتری‌های لیتیوم‌یون

این مولکول جدید در عرصه ذخیره‌سازی انرژی رکورددار است: چگالی انرژی (میزان انرژی ذخیره‌شده در هر کیلوگرم) آن، بیش از ۱.۶ مگاژول بر کیلوگرم است. این مقدار، تقریباً دو برابر چگالی انرژی یک باتری استاندارد لیتیوم‌یون (حدود ۰.۹ مگاژول) و به مراتب بالاتر از نسل‌های قبلی کلیدهای نوری است.

از فرضیه تا جوشاندن آب

اما دستاورد واقعی این گروه، تبدیل این چگالی انرژی بالا به یک نتیجه عملی بود. پژوهشگران در آزمایشی چشمگیر، نشان دادند که گرمای آزادشده از این ماده آن‌قدر زیاد است که می‌تواند آب را به‌جوش آوَرَد؛ کاری که تا پیش از این در حوزه ذخیره‌سازی مولکولی انرژی، تقریباً غیرممکن به نظر می‌رسید.

انگوین می‌گوید: جوشاندن آب یک فرآیند انرژی‌بر است. اینکه ما توانستیم آب را در شرایط عادی بجوشانیم، یک دستاورد بزرگ است.

کاربردهای عملی در مسیر زندگی روزمره

این قابلیت، درهای کاربردهای عملی را می‌گشاید: از ایجاد گرمایش در مکان‌های دورافتاده و خارج از شبکه برق (مثلاً هنگام طبیعت‌گردی) گرفته تا سامانه‌های گرمایش آب خانگی. از آنجا که این ماده در آب حل می‌شود، می‌توان آن را در لوله‌های خورشیدی نصب‌شده روی پشت‌بام‌ها (کلکتورهای خورشیدی) به‌گردش درآورد تا در طول روز شارژ شود و سپس در مخازن ذخیره، گرمای شب را تأمین کند.

پایان وابستگی به باتری‌های سنگین

بنجامین بیکِر (Benjamin Baker)، یکی دیگر از نویسندگان مطالعه، توضیح می‌دهد: صفحات خورشیدی معمولی بدون باتری، شب‌ها بیهوده‌اند. اما در این فناوری، نیازی به باتری جداگانه نیست؛ زیرا خودِ ماده نقش ذخیره‌کننده انرژی را ایفا می‌کند.

سخن پایانی: چشم‌انداز آینده

این فناوری هنوز در مراحل اولیه است، اما چشم‌انداز آن هیجان‌انگیز است: روزی که بتوانیم نور خورشید را درون مولکول‌ها ذخیره کنیم و ماه‌ها یا سال‌ها بعد، در یک شب سرد زمستانی، آن را به صورت گرما آزاد سازیم. شاید روزی پشت‌بام خانه‌ها نه با باتری‌های سنگین، که با محلولی شفاف از این مولکول‌ها، گرمای زمستان را تأمین کنند.