Naujoviškas anglies nanovamzdelių taikymo metodas, kurį sugalvojo Masačusetso technologijos instituto specialistai, leidžia pagalvoti apie pažangų saulės energijos saugojimo būdą. Saulės generuojamos šilumos saugojimas cheminiu pavidalu turi pranašumų, mat iš esmės cheminę medžiagą galima išlaikyti ilgą laiko tarpą, visiškai neprarandant saugojamos energijos.
Naujoviškas anglies nanovamzdelių taikymo metodas, kurį sugalvojo Masačusetso technologijos instituto (JAV) specialistai, leidžia pagalvoti apie pažangų saulės energijos saugojimo būdą.
Saulės generuojamos šilumos saugojimas cheminiu pavidalu, užuot ją pavertus elektra arba užkonservavus gerai izoliuotoje talpykloje, turi pranašumų, mat iš esmės cheminę medžiagą galima išlaikyti ilgą laiko tarpą, visiškai neprarandant saugojamos energijos. Pagrindinis sunkumas, susijęs su šiuo energijos kaupimo būdu, iki šiol buvo tai, kad naudojamos cheminės medžiagos po kelių energijos virsmo ciklų prarasdavo savo efektyvumą arba į jų sudėtį įeidavo rutenis, ganėtinai retas ir brangus elementas.
Praėjusiais metais Masačusetso technologijos instituto profesorius Džefris Grosmanas (Jeffrey Grossman) kartu su keturiais bendraautoriais tiksliai išsiaiškino, kaip fulvaleno dirutenis, žinomas mokslininkams kaip cheminė medžiaga, labiausiai tinkanti saulės energijos saugojimui, funkcionuoja. Dž. Grosmanas užsiminė, jog geriau suprasdami šį procesą, tyrėjai galės lengviau ieškoti kitų junginių, sudarytų iš gausiai paplitusių ir nebrangių elementų.
Visai neseniai jis kartu su podoktorante Alekse Kolpak (Alexie Kolpak) pasiekė savo užsibrėžtą tikslą. Mokslininkų darbas išspausdintas „Nano Letters“ žurnale.
Naujoji medžiaga, kurią atrado Dž. Grosmanas kartu su A. Kolpak, yra pagaminta naudojant anglies nanovamzdelius – mažyčius vamzdinius grynos anglies darinius – ir junginį, vadinamą azobenzenu. Pasak energijos inžinerijos profesoriaus Karlo Soderbergo (Carl Soderberg), gautosios molekulės, kurių fizinė sandara ir forma nustatyta taikant nanomastelinius šablonus, įgijo „naujų savybių, kurių neturi“ atskiros medžiagos.
Ši naujoji cheminė sistema yra ne tik pigesnė už anksčiau paminėtą rutenio darinį, bet ir efektyvesnė, nes tame pačiame tūryje sugeba išsaugoti gerokai daugiau (apie 10 tūkstančių kartų) energijos, todėl, pasak A. Kolpak, savo energijos tankiu prilygsta ličio jonų baterijoms. Taikant nanogamybos metodus, „galima valdyti molekulių tarpusavio sąveikas, taip padidinant saugojamos energijos kiekį bei išlaikymo trukmę – ir, kas svarbiausia, abu parametrus galima valdyti nepriklausomai vienas nuo kito“.
Termocheminiam saulės energijos saugojimui yra naudojamos molekulės, kurių sandara pakinta, kuomet šios palaikomos saulės šviesoje, ir kurios išlaiko šią pakitusią formą neribotą laiko tarpą. Tuomet, paveiktos tam tikro dirgiklio, pavyzdžiui, katalizatoriaus, nedidelio temperatūros pokyčio ar šviesos blyksnio, greitai atgauna savo pradinę formą, kartu atiduodamos sukauptą energiją (šilumos pavidalu). Dž. Grosmanas į šį procesą žiūri kaip į įkraunamos šiluminės baterijos veikimą.
Pasak profesoriaus, vienas iš didžiausių naujosios technologijos privalumų yra tai, kad ji gerokai supaprastina visą procesą: energijos surinkimą ir saugojimą integruoja į vieną vyksmą. „Jūs gaunate medžiagą, kuri tiek paverčia energiją, tiek ją kaupia, – teigia jis. – Ši medžiaga tvirta, nepraranda savo efektyvumo ir yra pigi“. Vis dėlto šioks toks trūkumas yra tai, kad šis procesas parankus šiluminiams taikymams, nes generuoti elektros energijai reikia dar vieno papildomo žingsnelio, tam panaudojant termoelektrinius įtaisus arba išgaunant garą, sukantį generatorių.
Nors naujajame darbe atskleidžiamos energijos saugojimo galimybės, kuriomis pasižymi viena išskirtinė medžiaga (azobenzenas, praturtintas anglies nanovamzdeliais), pasak Dž. Grosmano, metodas, kuris pritaikytas konstruojant šią medžiagą, gali būti panaudotas kuriant naujus darinius. Nemažai jų jau pavyko susintetinti kitiems tyrėjams, bandantiems suderinti šių darinių savybes, kad šios būtų tinkamos saulės energijos kaupimui.
Pagrindinis veiksnys, apibrėžiantis šiluminės saulės energijos saugojimą, yra energijos barjeras, skiriantis dvi stabiliais molekulės būsenas. Būtent šį veiksnį bandė perprasti Dž Grosmanas, atlikdamas ankstesnius tyrimus su fulvaleno diruteniu. Jeigu barjeras bus per žemas, tuomet molekulė pernelyg lengvai galės sugrįžti į pagrindinę (nesužadintąją) būseną, todėl nepajėgs išsaugoti energijos ilgesnį laiko tarpą. Jeigu barjeras bus per aukštas, tada molekulė sunkiai atiduos sukauptą energiją. „Barjero aukštį reikia optimizuoti“, – pažymi profesorius.
Dabar mokslininko vadovaujama komanda „itin atkakliai ieško naujų medžiagų“. Nors tyrėjams jau pavyko aptikti vieną daug žadantį darinį, aprašytą naujajame darbe, pasak profesoriaus, jis čia regi tiktai ledkalnio viršūnėlę, todėl jaučiasi nusiteikęs labai optimistiškai.
Kaip teigia Šiaurės Karolinos universiteto (JAV) chemijos profesorius Yosukis Kanajus (Yosuke Kanai), idėja, jog saulės energiją galima saugoti cheminių ryšių pavidalu, dabar susilaukia vis daugiau dėmesio. „Šio darbo novatoriškumas yra tai, kad tyrėjai parodė, kaip energijos tankį galima gerokai padidinti tam panaudojant anglies nanovamzdelių šablonus. Ši pažangi mintis taip pat atveria naujas galimybes išnaudojant gerai žinomas fotoaktyviąsias molekules konstruojant saulės šilumos kurą ir saugyklas“.
