​Kako su opekotine od sunca inspirisale novi način skladištenja energije

Kada je profesorka hemije Grejs Han prvi put posetila južnu Kaliforniju iz Bostona pre nekoliko godina, primetila je razliku. Kako bi joj koža peckala od prvih znakova iritacije nakon samo nekoliko sati napolju.

Prošle godine se preselila da bi se zaposlila na Univerzitetu Kalifornije u Santa Barbari i redovno je počela da nosi šešir velikog oboda, naočare za sunce i puno kreme za sunčanje. Kao profesorka hemije, već je obavila svoje istraživanje.

„Samo sam čitala o fotohemiji DNK – iz zabave“, seća se ona.

Tada je shvatila da bi joj molekuli DNK u ljudskoj koži koji su oštećeni opekotinama od sunca mogli pomoći. Ti molekuli menjaju oblik kada su ozračeni suncem, savijajući se u zategnutu verziju svog pravilnog oblika.

Decenijama naučnici traže molekule koji mogu da uvijaju svoj oblik, skladišteći energiju u tom procesu, a zatim budu podstaknuti da se vrate u svoj prvobitni oblik, oslobađajući uskladištenu energiju po potrebi.

Pomalo kao postavljanje, a kasnije i aktiviranje mišolovke. Poznato je kao molekularno solarno termalno (Most) skladištenje energije i potencijalno je veoma jeftin i bez emisija način snabdevanja toplotom. Ovi Most sistemi bi mogli da skladište energiju tokom više meseci ili čak godina.

Istraživači su ranije imali ograničen uspeh sa ovom tehnologijom, ali, zahvaljujući kalifornijskom suncu, Han je znao šta dalje da pokuša.

Važno je aktivirati promenu oblika molekula koji skladište energiju na gladak i ponovljiv način.

Srećom, milioni godina evolucije usavršili su ovaj proces kada se dešava u našoj koži – svi smo mi žive hemijske laboratorije, u izvesnom smislu. Molekuli DNK u našoj koži su evoluirali tako da mogu da poprave svoj oblik iskrivljen suncem uz pomoć enzima koji se zove fotolizaza.

I takvi molekuli, shvatila je Han, bili su savršeni kandidati za sistem skladištenja energije. „Oni su veoma, veoma mali“, objašnjava ona. „I mogu da skladište ogromnu količinu energije po masi.“

U radu objavljenom u februaru, ona i kolege su opisali najperspektivniji sistem za skladištenje energije ove vrste do sada, barem u smislu njegove gustine energije. Bio je dovoljno moćan da izazove brzo ključanje male količine vode u „veoma malom čajniku“ u bočici, kaže Han.

Njeni studenti, koji su sproveli taj deo studije, požurili su da joj ispričaju kako je sve prošlo. „Kada sam zapravo videla video i koliko brzo je ceo rastvor ključao, to je bilo zaista izvanredno“, seća se Han.

Ona naglašava da su kompjuterske analize koje predviđaju kako će se molekul ponašati, a koje je napravio njen saradnik Kendal Huk sa Univerziteta Kalifornije u Los Anđelesu i njegov tim, bile ključne za rad.

Kolega, eksperimentator iz Mosta, Kasper Mot-Poulsen, koji vodi istraživačke timove na Politehničkom univerzitetu u Barseloni u Španiji i drugim institucijama, nije bio uključen u studiju, ali je bio impresioniran rezultatima.

„Mislim da su naši najbolji sistemi bili jedan megadžul [energije po kilogramu]. Imali su, mislim, 1,6, što je zaista neverovatno“, kaže on, misleći na gustinu energije koju su Han i njene kolege postigle.

1,65 megadžula po kilogramu zabeleženih u njihovom februarskom radu znatno je veće od gustine energije litijum-jonskih baterija, trenutno najpopularnijeg tipa baterija za telefone i električne automobile.

Sistem Most koji su Han i njene kolege osmislile ima neka ograničenja. Na primer, talasna dužina svetlosti koja uzrokuje da molekuli u srcu sistema promene oblik je 300 nanometara – oblik „veoma jake UV [ultraljubičaste] svetlosti“, kaže Džon Grifin sa Univerziteta Lankaster. „To dolazi od sunca do nas, ali samo u veoma malim količinama.“

Pored toga, okidač koji se koristi za obrtanje oblika iskrivljenog molekula kako bi se oslobodila njegova energija bila je hlorovodonična kiselina – veoma korozivna supstanca koja se mora neutralisati nakon upotrebe. „Nije baš najbolji izbor“, priznaje Han.

Ona kaže da se nada da će biti moguće poboljšati reakciju sistema na prirodnu svetlost, a takođe i pokrenuti oslobađanje energije bez potrebe za toksičnom hemikalijom.

Krajnji cilj ovakvog rada je dekarbonizacija grejanja, što je poznato teško.

Svet se i dalje u velikoj meri oslanja na fosilna goriva za primenu grejanja. Molekularni solarni termalni sistemi i fosilna goriva su zapravo oba oblika hemijskog skladištenja energije. Ali Most tehnologija „radi bez sagorevanja ičega“, naglašava Mot-Poulsen.

Pored toga, Most bi mogao biti dostupan bilo gde na Zemlji, za razliku od fosilnih goriva, koja su koncentrisana na nekim lokacijama. Zato je blokada Ormuskog moreuza nedavno izazvala takve probleme, ističe on. Goriva proizvedena u tom delu sveta ne mogu stići tamo gde su ljudima potrebna.

Mot-Poulsen kaže da sistem za skladištenje energije u Mostu takođe može dugoročno skladištiti energiju, čak i više decenija. Termalna energija uskladištena kao toplota mogla bi trajati najviše nekoliko sati, dana ili meseci.

Međutim, postoji još nešto što treba razmotriti, kaže Hari Hoster sa Univerziteta u Duisberg-Esenu, koji je takođe naučni direktor ZBT centra za tehnologiju gorivnih ćelija u Nemačkoj, fokusiranog na vodonik.

Molekuli osetljivi na svetlost u sistemu Mosta moraju biti relativno tanko raspoređeni. Previše gusto i svetlost neće moći da prodre do svih molekula dovoljno unutar njega. „U zaista optimističnom scenariju, verovatno biste mogli da napravite debljinu od 5 mm“, procenjuje Hoster.

A pakovanje molekula u tečnost znači da ćete verovatno morati da premeštate ili pumpate tu tečnost iz jednog dela sistema u drugi, na primer, da biste skladištili energiju ili je preneli. Ovo dodaje troškove i složenost. „U trenutku kada treba da pumpate stvari, imate više stvari koje se mogu pokvariti“, kaže Hoster.

Grifin kaže da on i kolege rade na čvrstim verzijama Most tehnologije. Han, koji takođe istražuje čvrste iteracije Mosta, kaže da bi one mogle biti u obliku providnih premaza za prozore, na primer. Na taj način, mogle bi da oslobađaju toplotu kako bi sprečile kondenzaciju ili čak da zagreju sobe.

Međutim, Hoster je skeptičan da će Most moći da obezbedi svu potrebnu toplotu u zgradi. Međutim, mogao bi da zagreje temperaturno osetljive komponente na satelitima ili avionima.

„To je sjajna nauka“, dodaje on. „Prelepo je što su uspeli da ovu funkcionalnost urade kako treba.“

Inovacije i istraživanja će se verovatno nastaviti, mada vredi napomenuti da je ova oblast trenutno relativno nišna. Grifin je prošle godine prisustvovao konferenciji o Most tehnologiji sa oko 70 učesnika, seća se on. „To je u osnovi bila cela svetska zajednica koja se bavila ovim stvarima.“, prenosi Bi-Bi-Si.