Молекулярный подход к солнечной энергии

Учёные из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета разработали способ хранения солнечной энергии в молекулах, которые могут быть использованы для обогрева домов или приготовления пищи. Молекулы способны вечно хранить тепло и могут быть использованы неограниченное число раз, не производя никаких выбросов парниковых газов. Пока речь не идёт о коммерческом использовании метода, но исследователям удалось продемонстрировать в лабораторных условиях работоспособность явления, называемого фотопереключением (photoswitching).

«Некоторые молекулы, известные как фотопереключатели, могут принимать любую из двух различных форм, как если бы они имели шарнир посредине, — пишут исследователи МТИ в статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry. — Воздействие на них солнечного света приводит к поглощению энергии и переходу от одной конфигурации к другой, которая остаётся стабильной в течение длительных периодов времени».

Всё, что надо для освобождения энергии, это подвергнуть молекулы воздействию небольшого количества тепла, электричества или света, после чего они возвращаются в исходное состояние излучая при этом тепло. «По сути, они ведут себя как тепловые аккумуляторные батареи, принимая солнечную энергию, сохраняя её неопределённый срок и освобождая по требованию», — сказано в статье.





Исследователи использовали фотопереключающее вещество под названием азобензол, закрепив молекулы на субстрате из углеродных нанотрубок. Задача состояла в том, чтобы разместить молекулы настолько близко друг к другу, чтобы достичь плотности энергии, достаточной для генерации полезного тепла. Но на практике удалось упаковать вместе лишь половину от необходимого числа молекул, рассчитанного методом компьютерного моделирования. На удивление, вместо прогнозируемого роста плотности энергии на 30% в ходе эксперимента она увеличилась на 200%.

Оказалось, что главное не в том, сколько молекул азобензола поместилось на одной углеродной нанотрубке, а в том, насколько нанотрубки находятся близко друг к другу. Азобензол образует на их поверхности «зубья», блокирующие соседние нанотрубки между собой. Результатом становится концентрация, необходимая для пригодного к использованию накопления энергии. По мнению исследователей, изменяя комбинацию фотопереключающих молекул и субстрата можно получить больший или меньший запас энергии. Какую выгоду может принести использование фотопереключателей на практике? Ведущий автор исследования, докторант МТИ и Гарварда Тимоти Кучарски (Timothy Kucharski) считает, что, скорее всего, можно будет запасать энергию в жидкой форме, удобной для транспортирования.

«Можно будет заряжать жидкий материал в резервуаре через окошко или прозрачный канал от солнца, а затем перемещать в другую ёмкость для хранения, где материал останется до тех пор, пока не понадобится, — полагает Кучарски. — Таким образом, можно было бы накапливать заряженный материал для использования в то время, когда солнце не светит». По мнению авторов исследования, технология может заменить сжигание дров для приготовления пищи, создающее опасные концентрации загрязнителей внутри помещений, ведущее к вырубке лесов и способствующее климатическим изменениям.

Источник: facepla.net