به گزارش تجارت نیوز، در دنیایی که به طور فزایندهای به سمت منابع انرژی پاک و پایدار حرکت میکند، انرژی خورشیدی نقشی کلیدی ایفا میکند. اما چالش بزرگ همیشگی، ذخیرهسازی مؤثر این انرژی برای زمانهایی است که نور خورشید در دسترس نیست. فناوریهای باتری، اگرچه امروزه ستون فقرات ذخیرهسازی انرژی محسوب میشوند، با محدودیتهایی در چرخه عمر، هزینه، و کارایی مواجه هستند، به ویژه هنگامی که پای ذخیرهسازی طولانیمدت و کاربردهای حرارتی در میان باشد. اکنون، پژوهشگران با نوآوری در مقیاس مولکولی، مرزهای جدیدی را در ذخیرهسازی انرژی خورشیدی گشودهاند؛ فناوری که نور را مستقیما در پیوندهای شیمیایی مولکولها حبس کرده و گرمای پاک و پایدار را برای آینده فراهم میآورد.
ذخیرهسازی مولکولی: فراتر از باتریهای سنتی
هان انگوین (Han Nguyen) از تیم تحقیقاتی، این رویکرد نوین را با تکیه بر ذخیره انرژی در پیوندهای شیمیایی مولکولها معرفی میکند. برخلاف باتریها که انرژی را به صورت تنش الکتروشیمیایی ذخیره میکنند، در این سیستم، انرژی در ساختار مولکولی، به ویژه در ایزومرهای چرخشی (rotational isomers)، فشرده میشود. این پیوندهای شیمیایی از پایداری بالایی برخوردارند و امکان نگهداری طولانیمدت انرژی را بدون افت قابل توجه فراهم میآورند. این تله موش مولکولی، همانند یک فنر فشرده یا وزنه بلند شده، انرژی پتانسیل را در خود نگه میدارد تا زمانی که تحریک شود.
ایزومریزاسیون نوری: تبدیل نور به انرژی شیمیایی
هنگامی که نور خورشید به مولکول پیریمیدون برخورد میکند، فرآیندی به نام ایزومریزاسیون نوری رخ میدهد. نور، هندسه مولکول را تغییر داده و آن را به یک پیکربندی پرتنش و پرانرژی سوق میدهد، بدون آنکه پیوندهای شیمیایی آن شکسته شوند. این تغییر شکل برگشتپذیر، اساس چرخه ذخیرهسازی انرژی در این سیستم است.
آزادسازی گرما: پاسخ مستقیم به نیازهای حرارتی
برای آزادسازی انرژی ذخیرهشده، از یک کاتالیزور اسیدی استفاده میشود. نتیجه این فرایند، آزاد شدن گرما است، نه برق؛ گرمایی که طبق گفته محققان، به اندازهای است که میتواند آب را به جوش آورد. این امر MOST (Molecular Solar Thermal Storage) را برای کاربردهایی مانند گرمایش خانگی، آب گرم و فرآیندهای صنعتی که عمدتاً به انرژی حرارتی نیاز دارند، ایدهآل میسازد. این فناوری با حذف مرحله تبدیل از برق به گرما که در سیستمهای باتری رایج است، کارایی را به طور چشمگیری افزایش میدهد.
این فناوری به عنوان یک مکمل برای سیستمهای فتوولتائیک و باتریهای لیتیوم-یونی نگریسته میشود. اگرچه این سیستمها برای تولید و ذخیره برق بسیار کارآمد هستند، اما بیش از نیمی از تقاضای جهانی انرژی صرف تولید گرما میشود. MOST با ذخیره و تحویل مستقیم گرما، خلاء موجود را پر میکند.
کارایی بالا: چگالی انرژی چشمگیر
از نظر عملکرد، این سیستم به طور قابل توجهی توانمند است. مولکول پیریمیدون قادر به ذخیره ۱.۶ مگاژول انرژی در هر کیلوگرم است که معادل حدود ۴۴۴ واتساعت بر کیلوگرم میباشد. این رقم، تقریباً دو برابر چگالی انرژی باتریهای لیتیوم-یونی مورد استفاده در خودروهای برقی امروزی است.
گسترش طیف جذب: از فرابنفش تا مرئی
دانشمندان در حال کار بر روی اصلاحات ساختاری مولکول هستند تا محدوده جذب انرژی آن را از بخش فرابنفش طیف خورشیدی به طیف نور مرئی گسترش دهند. این امر، امکان استفاده بهینهتر از انرژی موجود در نور خورشید را فراهم کرده و در عین حال، تلاش میشود تا چگالی انرژی و پایداری مولکول حفظ شود.
کاتالیزورهای ناهمگن: سیستمی قابل استفاده مجدد
یکی از پیشرفتهای کلیدی در حوزه کاربردی کردن این فناوری، جایگزینی کاتالیزور اسیدی همگن (مایع و مصرفی) با کاتالیزورهای ناهمگن (جامد و قابل استفاده مجدد) است. این کاتالیزورهای جامد را میتوان در کانالهای جریان تعبیه کرد و به طور نامحدود مورد استفاده مجدد قرار داد. این تغییر، سیستم را از یک جزء مصرفی مایع به یک سیستم کاملا قابل استفاده مجدد تبدیل میکند که میتواند بارها و بارها چرخه جذب و آزادسازی گرما را طی کند.
تغییر پارادایم در ذخیرهسازی انرژی
این پژوهش، در حال تغییر نحوه تفکر ما در مورد ذخیرهسازی انرژی است. برای بیش از یک قرن، ذخیرهسازی انرژی عمدتا بر پایه باتریها، یعنی ذخیره انرژی الکتریکی در فلزات و الکترونهای متحرک، استوار بوده است. اما این فناوری جدید، به ما نشان میدهد که چگونه نور خورشید را مستقیما به شکل مولکولها، یعنی ساختارهای شیمیایی، جذب و نگهداری کنیم. این مطالعه که در مجله معتبر Science منتشر شده است، پتانسیل دگرگونکننده فناوری MOST را در آینده انرژی پاک برجسته میسازد.
در آستانه عصر جدیدی از انرژی پاک و پایدار
پژوهشهای اخیر در زمینه ذخیرهسازی حرارتی خورشیدی مولکولی (MOST)، فتح بابی نو در حل چالش ذخیرهسازی انرژی خورشیدی گشوده است. با توانایی ذخیره انرژی نور خورشید به صورت مستقیم در پیوندهای شیمیایی مولکولها و آزادسازی آن به صورت گرما، این فناوری نه تنها بسیار کارآمدتر از باتریهای سنتی در برخی کاربردهاست، بلکه پتانسیل فراهم کردن گرمای پاک و پایدار را برای خانهها، صنایع و تامین آب گرم در سراسر جهان دارد. در حالی که هنوز چالشهایی در زمینه بهبود جذب نور خورشید و توسعه سیستمهای مقیاسپذیر وجود دارد، دستاوردهای اولیه این تیم، نویدبخش آیندهای است که در آن انرژی خورشید، نه فقط به صورت برق، بلکه به عنوان یک منبع حرارتی پاک و قابل اتکا، در دسترس همگان خواهد بود.
