Несмотря на весь потенциал солнечной энергетики, у нее тоже есть свои недостатки. Например, одним из них является высокая стоимость и низкая эффективность продолжительного хранения энергии. Индустрия уже давно занимается поиском решения этого вопроса, и, кажется, на горизонте появилась одна очень интересная идея. Шведские ученые разработали специальную жидкость, называющуюся гелиотермальным топливом. Ее особенность заключается в способности хранить собранную солнечную энергию в течении почти двух десятилетий.
Об этой работе написано уже четыре научные статьи. Последняя из них опубликована в журнале Energy & Environmental Science.
«Гелиотопливо — оно как перезаряжаемая батарея, но вместо электричества эта «батарейка» заряжается солнечным светом, обеспечивая вас при необходимости теплом», —
объясняет Джеффри Гроссман, инженер из Массачусетского технологического института, работающий с этим материалом.
В основе гелиотоплива, разработанного учеными из Чалмерского технологического института (Швеция), лежат специальные молекулы из углерода, водорода и азота. При воздействии на эти молекулы солнечным светом наступает реакция: происходит перестроение их атомных связей и на выходе получается изомер. Сильные химические связи между изомерами захватывают солнечную энергию и способны хранить ее даже тогда, когда температура молекул снижается до комнатной (около 21 градуса Цельсия). Когда требуется доступ к сохраняемой энергии, то жидкость пропускается через катализатор, что возвращает молекулам их первоначальную форму. В результате этого процесса на выходе вы получаете энергию в виде тепла.
«Энергия внутри изомера может храниться до 18 лет. При необходимости мы можем получить ее в виде тепла, причем в таких объемах, о которых даже не могли мечтать», — говорит
один из создателей гелиотоплива, специалист по наноматериалам Каспер Мот-Поульсен из Чалмерского технологического института.
Прототип энергетической системы, установленной на крышу института, позволил ученым провести испытание жидкости. По словам исследователей, результат этой проверки привлек внимание многочисленных инвесторов.
Устройство для сбора возобновляемой энергии внешне выглядит как вогнутый рефлектор с трубкой в центре, по которой бежит жидкость. Конструкция напоминает радиотарелку, которая следит за движением Солнца. Жидкость прогоняется по прозрачной трубке в центре рефлетора и нагревается солнечным светом, вследствие чего молекулы норборнадиена в составе жидкости превращаются в теплоизолирующий изомер, квадрициклан. Затем жидкость просто помещают на хранение в какую-нибудь цистерну при обычной температуре с минимальной потерей энергии.
Когда возникает необходимость использовать эту энергию, жидкость прогоняется через специальный катализатор, который возвращает молекулам их изначальную форму, что приводит к нагреву жидкости до 63 градусов Цельсия.
Идея заключается в том, что это тепло затем можно использовать, например, в отопительных системах, водонагревателях, посудомоечных машинах, бельевых сушилках и других видах устройств, после чего просто вернуть ее обратно на крышу для «подзарядки».
В ходе испытаний исследователи пропустили жидкость через 125 циклов, сначала нагревая ее, а затем охлаждая до обычной температуры. Никаких существенных повреждений, для содержащихся внутри нее молекул отмечено не было.
«Мы добились значительных успехов за последнее время, получив на выходе энергетическую систему без вредных выбросов, способную работать круглый год», — говорит Мот-Поульсен.
По словам разработчиков, через серию доработок им удалось добиться того, что их жидкость теперь способна сохранять эквивалент 250 Вт·ч/кг, что по эффективности почти в два раза больше, чем возможности батарей Tesla Powerwall.
Останавливаться на достигнутом изобретатели не собираются. По их словам, технологию можно улучшить таким образом, что она сможет производить еще больше тепла – как минимум 110 градусов Цельсия.
«Впереди еще много работы. Мы всего лишь показали, что система действительно работает. Теперь нам необходимо более детально заняться каждым из ее аспектов, включая оптимизацию дизайна», — добавляет Мот-Поульсен.