دانشمندان سوخت مایعی تولید کرده‌اند که انرژی خورشیدی را برای ۱۸ سال ذخیره ‌می‌کند

MacTavish · 21/8/19

صرف نظر از فراوانی و تجدید پذیر بودن، اما هنوز هم انرژی خورشیدی یک مانع بزرگ برای استفاده دارد: در واقع هنوز نتوانسته‌ایم یک راه ارزان و موثر برای ذخیره سازی انرژی خورشیدی در طولانی‌مدت فراهم کنیم و حالا با سوخت حرارتی خورشیدی این مشکل حل شده است.

طی سال‌های گذشته افراد و کارشناسان فعال در حوزه انرژی خورشیدی بر روی این نقطه ضعف تلاش کردند تا هرچه سریع‌تر بتواند آن را برطرف کنند. در سال گذشته یک سری مقاله شامل چهار تحقیق به طور عمومی منتشر شده است که یک راه حل جدید برای ذخیره‌ی انرژی حاصل از نور خورشید را فراهم می‌کند.

دانشمندان کشور سوئد به تازگی موفق به تهیه‌ی یک مایع جدید شد‌ه‌اند که سوخت حرارتی خورشیدی نامیده می‌شود و می‌تواند انرژی خورشید را برای بیش از یک دهه درون خود نگه دارد. “یک سوخت حرارتی خورشیدی مانند یک باتری قابل شارژ است اما به جای الکتریسیته، شما می توانید را نور خورشید را درون آن قرار دهید و حرارت را از آن بیرون بکشید، آن هم هر زمان که اراده کنید.”

اینها توضیحاتی هستند که جفری گراسمن (Jeffrey Grossman)، یک مهندس که بر روی اینگونه مواد در دانشگاه ام آی تی فعالیت می‌کند، به گزارشگران ان بی سی نیوز ارائه داده است. این مایع در واقع یک ترکیب مولکولی در حالت مایع است که دانشمندان دانشگاه فناوری Chalmers در سوئد بیش از یک سال است که بر روی آن کار می‌کنند تا بتوانند آن را ارتقا دهند.

این ترکیب مولکولی از کربن، هیدروژن و نیتروژن تشکیل شده است و زمانی که نور خورشید با آن برخورد می‌کند، یک عکس‌العمل غیر معمول از خود نشان می‌دهد. در این حالت، پیوندهای بین اتم‌های آن تغییر شکل می‌دهند و و این ماده به یک نسخه‌ی پرانرژی‌تر از خودش تبدیل می‌شود که ایزومر نامیده می‌شود. با این اتفاق انرژی‌ای که از نور خورشید آمده است، در میان پیوندهای شیمیایی قدرتمند ایزومر به دام می‌افتد و حتی زمانی که ترکیب مولکولی تا حد دمای اتاق خنک می‌شود، باز هم این انرژی آنجا باقی می‌ماند. هر زمانی که انرژی لازم باشد، مثلا در ساعات شب و یا در زمان زمستان، این مایع از درون یک کاتالیزور عبور داده می‌شود تا به حالت مولکولی اصلی خود برگردد. در این حالت انرژی ذخیره شده را به صورت گرما می‌توان از آن استخراج کرد.

کاسپر موث پولسن (Kasper Moth-Poulsen) از دانشگاه Chalmers که متخصص رشته نانو مواد است، اعلام کرده که انرژی داخل این ایزومر می‌تواند برای ۱۸ سال ذخیره شود و زمانی که ما برای استخراج و بازگرداندن انرژی و استفاده از آن بر‌می‌گردیم، گرمایی فراتر از آن چیزی که انتظار داشتیم را دریافت می‌کردیم. یک نمونه آزمایشی از سیستم مبتنی بر این انرژی بر بالای پشت بام ساختمان دانشگاه قرار داده شده است تا این سوخت مایع را مورد آزمایش قرار دهد و طبق گفته‌های محققان، نتایج مثبت آن باعث جذب توجه بسیاری از سرمایه‌گذاران شده است.

این وسیله‌ی مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر از یک بازتاب‌دهنده‌ی مقعر و یک لوله در وسط آن تشکیل شده است که پرتوهای خورشید را مانند دیش ماهواره دنبال می‌کند. این سیستم در یک سیکل چرخشی عمل می‌کند و مایع از طریق لوله‌های شفاف پمپ می‌شود و سپس توسط انرژی نور خورشید حرارت می‌بیند که که حالت مولکولی اولیه آن (norbornadiene) را به یک ایزومر برای به دام انداختن دما (quadricyclane) تبدیل می‌کند. سپس ایزومر تشکیل شده در دمای اتاق با حداقل اتلاف انرژی ذخیره می‌شود. هر زمانی که نیاز به استخراج انرژی ذخیره شده بود نیز این مایع از درون یک کاتالیزور مخصوص عبور داده می‌شود تا ترکیب مولکولی آن به شکل اولیه برگردد و این کار باعث می‌شود که مایع تا ۶۳ درجه سلسیوس یا ۱۱۳ درجه فارنهایت گرما دهد.

امیدواری دانشمندان این است که گرمای تولید شده در سیستم‌های گرمایشی خانگی و برای مصارفی مانند راه انداختن آب‌گرمکن‌های ساختمان، ماشین ظرف‌شویی، خشک‌کن لباس‌ها و تعدادی دیگر از وسایل استفاده شود و سپس مجددا مایع به بالای سقف منتقل می‌شود تا مورد استفاده‌ی مجدد قرار بگیرد.

سوخت حرارتی خورشیدی بیش از صد بار قابل استفاده است!

دانشمندان در تحقیقات خود موفق شد‌ه‌اند این مایع را بیش از ۱۲۵ بار از درون این سیکل چرخشی عبور دهند و بعد از افزایش حرارت، گرمای آن را استخراج کنند، بدون اینکه آسیب خاصی به ترکیب مولکولی آن وارد شود. “ما به تازگی به پیشرفت‌های گسترده‌ای دست پیدا کرد‌ه‌ایم و امروز ما یک سیستم انرژی بدون اتلاف داریم که در تمام طول سال می‌تواند فعال باشد.” موث پولسن اینها را توضیح می‌دهد.

بعد از یک سری پیشرفت‌های سریع محققان حالا اعلام کرده‌اند که این مایع می‌تواند ۲۵۰ وات ساعت از انرژی را در هر کیلوگرم خود ذخیره کند که طبق گزارش ان بی سی نیوز، این موضوع دو برابر ظرفیت باتری‌های Powerwall تسلا است.

هنوز هم جا برای پیشرفت‌های بیشتر وجود دارد و با اعمال دست‌کاری‌های دقیق محققان عقیده دارند که آنها می‌توانند گرمای بیشتری را از این سیستم استخراج کنند و آن را حداقل به ۱۱۰ درجه سلسیوس یا ۲۳۰ درجه فارنهایت و بیشتر برساند. موث پولسن می‌گوید: “کارهای زیادی باقی مانده است که ما آنها را باید انجام دهیم. ما فعلا سیستم را به مرحله‌ی عمل رسانده‌ایم و حالا ما باید اطمینان پیدا کنیم که همه چیز در بهینه‌ترین حالت ممکن طراحی شده است.” اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود او عقیده دارد که این فناوری برای استفاده عمومی تا ۱۰ سال دیگر عرضه خواهد شد.

شما متن این تحقیقات را به طور کامل می‌توانید در اینجا مشاهده کنید. نسخه‌ای از این تحقیقات برای اولین بار در نوامبر ۲۰۱۸ منتشر شده است.