Energia słoneczna na żądanie
Rozwój energetyki słonecznej wymaga równoległego rozwoju efektywnych metod magazynowania zgromadzonej energii. Obecnie najpowszechniej stosowanym rozwiązaniem są zwykłe akumulatory litowo-jonowe, lecz stale poszukuje się wydajniejszych i bardziej ekologicznych technologii.
Energię słoneczną można np. magazynować pod postacią energii cieplnej. Ciekawe rozwiązanie stanowią tzw. cząsteczkowe zasobniki ciepła oparte o przełączniki molekularne (ang. Molecular Solar Thermal Energy Storage). Wspomniany przełącznik to - w prostych słowach - cząsteczka występująca w dwóch odmiennych formach. Obie są stabilne i różnią się od siebie tylko sposobem ułożenia poszczególnych atomów w cząsteczce - są zatem swoimi izomerami. Do przemiany z jednej formy w drugą dochodzi pod wpływem absorpcji fotonu, czyli pochłonięcia porcji światła. Cząsteczka zmienia wtedy swoją budowę, zachowując w nowo powstałych wiązaniach energię promieniowania słonecznego. Teraz wystarczy w dogodnym momencie sprowokować odwrotną reakcję - służy do tego odpowiednio dobrany katalizator. Energia wiązań zostaje ponownie przekształcona w energię cieplną, którą można wykorzystać np. do ogrzewania domu. Sama cząsteczka przełącznika może być wykorzystana ponownie, system działa więc na zasadzie zamkniętego cyklu. Technologia ta jest już znana naukowcom, lecz ciągle trwają poszukiwania związków, które mogłyby być wydajnymi kolektorami ciepła zdolnymi do długotrwałego przechowywania energii.
Zespół badaczy z Uniwersytetu Technologicznego Chalmers w Szwecji opracował właśnie związek chemiczny będący pochodną norbornadienu, który jest w stanie przechowywać energię słoneczną nawet do 18 lat. Prototyp nowatorskiej instalacji wykorzystującej tę technologię skonstruowano na dachu wspomnianej uczelni i niemal natychmiast przyciągnął on uwagę inwestorów oraz świata naukowego. Swój wynalazek twórcy opisali na łamach czasopisma Energy & Environmental Science.
System składa się z kolektora słonecznego, zbiornika magazynowego oraz katalizatora. Płyn pompowany jest stale przez kolektor, gdzie pod wpływem działania promieni słonecznych zachodzi reakcja izomeryzacji przedstawiona w uproszczeniu poniżej:
Samo medium nie nagrzewa się - cała pochodząca od Słońca energia cieplna pochłaniana jest przez reakcję chemiczną. Przereagowany płyn zawierający izomer norbornadienu jest następnie przepompowany do zbiornika magazynowego, w którym może być przechowywany przez wiele lat w temperaturze pokojowej bez obaw o utratę jego właściwości. Gdy zajdzie potrzeba uwolnienia skumulowanej w nim energii płyn trafia na katalizator (chemicznie jest to kompleks ftalocyjaniny z kobaltem na podłożu węglowym), na którym zachodzi odwrotna do przedstawionej powyżej reakcja. Uwolniona energia cieplna nagrzewa medium do ponad 60 stopni Celsjusza. Cząsteczki przełącznika nie tracą przy tym swoich właściwości i mogą być wykorzystywane wielokrotnie.
Obecnie trwają prace mające na celu optymalizację całego systemu. Nowa technologia ma trafić do komercyjnego użytku w ciągu kilku nadchodzących lat.
źródła: Sciencealert.com, Pubs.rsc.org; zdjęcia: Pexels.com, Yen Strandqvist, Chalmers University of Technology
