Pullotetaan aurinkoa nestemäiseen akkuun

Kun aurinko laskee, aurinkopaneelit lakkaavat toimimasta. Tämä on uusiutuvan energian perustavanlaatuinen haaste: miten säästää auringon energiaa sateista päivää – tai kylmää yötä – varten.

Kalifornian Santa Barbaran yliopiston kemistit ovat kehittäneet ratkaisun, joka ei vaadi tilaa vieviä akkuja tai sähköverkkoja. Science -lehdessä julkaistussa artikkelissa apulaisprofessori Grace Han ja hänen tiiminsä esittelevät uuden materiaalin, joka vangitsee auringonvalon, varastoi sen kemiallisiin sidoksiin ja vapauttaa sen lämpönä tarvittaessa.

Materiaali, pyrimidoni-niminen modifioitu orgaaninen molekyyli, on uusin edistysaskel molekyyliaurinkolämpöenergian (MOST) varastoinnissa.

"Konsepti on uudelleenkäytettävä ja kierrätettävä", sanoi Han Nguyen, Han-ryhmän tohtoriopiskelija ja artikkelin pääkirjoittaja.

Tarvittavan molekyylin luomiseksi tiimi etsi yllättävää lähdettä: DNA:ta. Pyrimidonin rakenne on samanlainen kuin DNA:ssa esiintyvä komponentti, joka UV-valolle altistettuna voi läpikäydä palautuvia rakenteellisia muutoksia.

Suunnittelemalla synteettisen version tästä rakenteesta tiimi loi molekyylin, joka varastoi ja vapauttaa energiaa palautuvasti. He tekivät yhteistyötä UCLA:n Ken Houkin kanssa laskennallisen mallinnuksen avulla ymmärtääkseen, miksi molekyyli kykeni varastoimaan energiaa ja pysymään vakaana vuosia menettämättä varastoitua energiaa.

”Asetimme etusijalle kevyen ja kompaktin molekyylisuunnittelun”, Nguyen sanoi. ”Tässä projektissa karsimme kaiken tarpeettoman. Poistimme kaiken tarpeettoman, jotta molekyylistä tulisi mahdollisimman kompakti.”

Aurinkoakussa molekyyli toimii kuin mekaaninen jousi: auringonvalon osuessa siihen se vääntyy jännittyneeseen, korkeaenergiseen muotoon. Se pysyy lukittuna tähän muotoon, kunnes jokin liipaisin – kuten pieni määrä lämpöä tai katalyytti – vapauttaa varastoidun energian lämpönä.

Tiimin uusi molekyyli on tehokas. Sen energiatiheys on yli 1,6 megajoulea kilogrammaa kohden. Se on noin kaksinkertainen tavallisen litiumioniakun energiatiheyteen verrattuna – joka on noin 0,9 MJ/kg.

Hanin ryhmän kriittinen läpimurto oli suuren energiatiheyden muuntaminen konkreettiseksi tulokseksi. Tutkimuksessa tutkijat osoittivat, että materiaalista vapautuva lämpö oli riittävän voimakasta veden kiehuttamiseen – saavutus, joka oli aiemmin vaikea saavuttaa tällä alalla.

Tämä ominaisuus avaa oven käytännön sovelluksille aina sähköverkon ulkopuolisesta lämmityksestä asuinrakennusten veden lämmitykseen. Koska materiaali liukenee veteen, sitä voitaisiin mahdollisesti pumpata katolle asennettujen aurinkokeräinten läpi latautumaan päivällä ja varastoida säiliöihin lämmön tuottamiseksi yöllä.

”Aurinkopaneelien kanssa tarvitaan ylimääräinen akkujärjestelmä energian varastoimiseksi”, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja Benjamin Baker. ”Molekulaarisessa aurinkolämpöenergian varastoinnissa materiaali itsessään pystyy varastoimaan auringonvalosta tulevaa energiaa.”

Aiheesta aiemmin:

Synteesikaasua ja akkuvarausta auringonvalosta

Akkuna ja aurinkokennona