Myšlienka zachytiť energiu do fľaše fascinuje vedcov už celé stáročia. Symbolicky ju preslávil experiment, ktorý v 18. storočí uskutočnil Benjamin Franklin, keď skúmal elektrinu ukrytú v bleskoch.

Dnes sa však táto predstava začína približovať realite v úplne novej podobe. Vedci z University of California, Santa Barbara predstavili technológiu, ktorá dokáže uchovať slnečnú energiu v kvapaline a neskôr ju uvoľniť ako teplo. V praxi to znamená niečo, čo výskumníci obrazne opisujú ako slnko vo fľaši.

Za projektom stojí tím vedený vedkyňou Grace Han. Ich riešenie predstavuje novú verziu takzvaného molekulárneho solárno-tepelného ukladania energie. Ide o koncept, pri ktorom sa energia zo slnečného žiarenia neukladá do batérií, ale priamo do chemických väzieb molekúl.

Energia uložená priamo v molekulách

Jedným z najväčších problémov solárnej energie je moment, keď slnko zapadne. Počas dňa dokážu panely a ďalšie technológie zachytávať veľké množstvo energie, no jej uskladnenie býva komplikované. Bežné riešenia využívajú batérie, ktoré sú často rozmerné, drahé a pri premene energie dochádza k stratám.

Nový materiál funguje úplne inak. Vedci vytvorili špeciálnu kvapalinu obsahujúcu upravené molekuly pyrimidónu, ktoré sú citlivé na svetlo. Keď na ne dopadne slnečné žiarenie, molekula zmení svoju štruktúru a prejde do energeticky napätejšieho stavu.

Výskumníci tento proces prirovnávajú k pružine. Slnečné svetlo molekulu akoby natiahne a uzamkne do formy bohatej na energiu. V tomto stave môže zostať veľmi dlho, v niektorých prípadoch aj celé mesiace alebo roky, pričom si uchová uloženú energiu. Keď sa následne pridá vhodný impulz napríklad teplo alebo kyselina, molekula sa vráti do pôvodného stavu a nahromadená energia sa uvoľní vo forme tepla.

Dôležité je, že tento cyklus sa dá opakovať bez výrazného poškodenia materiálu. Kvapalina tak môže fungovať opakovane a teoreticky veľmi dlhý čas.

Inšpirácia v prírode aj DNA

Hlavný autor štúdie Han Nguyen vysvetľuje princíp na jednoduchom príklade. „Predstavte si fotochromatické okuliare. Keď ste vnútri, sklá sú číre. Vyjdete na slnko a automaticky stmavnú. Keď sa vrátite dovnútra, opäť sa vyčistia. Presne takáto reverzibilná zmena nás zaujíma. Len namiesto zmeny farby chceme rovnaký princíp využiť na ukladanie energie, jej uvoľnenie v správnom momente a následné opätovné použitie materiálu.“

Zaujímavé je, že vedcov inšpirovala samotná príroda. Molekula, ktorú syntetizovali, vychádza zo štruktúry látky nachádzajúcej sa v DNA. Aj tá dokáže meniť svoju formu pri pôsobení ultrafialového svetla.

Gemini

Podobné systémy molekulárneho ukladania energie existujú už niekoľko rokov. Väčšina z nich však zatiaľ ostáva vo fáze laboratórneho výskumu alebo skorých pilotných projektov. Nový systém založený na takzvanom Dewarovom pyrimidóne predstavuje významný krok smerom k praktickému využitiu.

Počas experimentov dokázala malá vzorka uvoľniť dostatok tepla na zovretie približne pol mililitra vody. „Varenie vody je energeticky náročný proces. To, že to dokážeme pri bežných podmienkach, je veľký úspech,“ vysvetlil Nguyen.

Výkon, ktorý prekvapil aj vedcov

Technológia zaujala nielen samotným princípom, ale aj parametrami. Na rozdiel od klasických batérií neprechádza energia viacerými konverziami. Ukladá sa priamo, čo výrazne znižuje straty. Molekuly si zároveň dokážu energiu udržať mimoriadne dlho. Výpočty ukazujú, že polčas stability môže pri izbovej teplote dosahovať až 481 dní. Inými slovami, kvapalina môže zostať nabitá viac než rok.

Ďalšou výhodou je škálovateľnosť. Keďže ide o kvapalný roztok, kapacita sa dá zvýšiť jednoducho väčším objemom. Materiál je možné pumpovať potrubím, skladovať v nádržiach alebo transportovať podobne ako bežné kvapaliny. Aj preto vedci hovoria o slnečnej energii uzavretej vo fľaši.

Gemini

Zaujímavé je aj porovnanie s dnešnými batériami. Energetická hustota systému dosahuje približne 1,6 megajoulu na kilogram. Pre predstavu, typická litium-iónová batéria má okolo 0,9 megajoulu na kilogram.

Takéto vlastnosti otvárajú široké možnosti využitia. Predstav si, napríklad, strešný kolektor, ktorým počas dňa cirkuluje táto kvapalina. Slnečné žiarenie molekuly nabije a roztok sa uloží do izolovanej nádrže. Keď domácnosť potrebuje teplo na ohrev vody, varenie alebo kúrenie, kvapalina prejde reaktorom, kde uvoľní energiu.

Rovnaký princíp by mohol fungovať aj pri sezónnom ukladaní energie. Systém by sa nabíjal počas leta a získané teplo by sa využilo v zime. Výskumníci zároveň naznačujú, že v kombinácii s termoelektrickými generátormi by bolo možné vyrábať aj elektrinu.

Ak sa technológiu podarí preniesť z laboratória do praxe, môže ísť o jeden z najzaujímavejších spôsobov, ako riešiť jeden z najväčších problémov obnoviteľných zdrojov. Uchovanie energie zo slnka totiž nemusí znamenať len batérie. Možno postačí tekutina, ktorá ju dokáže bezpečne držať celé mesiace.

Čítajte viac z kategórie: Novinky