Зберігання енергії сонця в хімічній формі дозволить транспортувати її і запасати на довгий термін. Що ж заважає реалізації цього підходу?
Існує два основних підходи до одержання сонячної енергії: по-перше, це сонячні батареї, які перетворюють енергію сонячного випромінювання в електрику, по-друге - системи, які передають теплову енергію сонця для нагріву води, яка може бути або використана в системах опалення і гарячого водопостачання , або (при досягненні температури кипіння) служити робочим середовищем турбіни. Але є і третій підхід, потенціал якого був помічений десятиліття тому. Однак через відсутність практичних і економічних способів реалізації цього підходу він довгий час залишався в стороні.
Мова йде про термохімічний спосіб запасання сонячної енергії, який передбачає використання хімічних зв'язків як накопичувачів енергії. І на відміну від систем, що використовують нагрітий теплоносій, термохімічні «сховища» енергії не вимагають ефективної теплоізоляції і можуть запасати енергію на довгі роки.
Учені займалися вивченням термохімічних сонячних систем ще в 1970-х роках, але вони зіткнулися з серйозною проблемою: нікому не вдавалося знайти речовину, здатну надійно і оборотно «переключатися» між двома станами. Така речовина має поглинати енергію сонця і переходити зі стану № 1 в стан № 2, а потім у потрібний момент виділяти енергію і повертатися в стан № 1. Одна з таких сполук була виявлена в 1996 році, але до її складу входить рутеній, досить рідкісний і дорогий елемент, що робить широке використання цієї речовини непрактичним. Крім того, ніхто так і не зрозумів механізм роботи даної сполуки, що ускладнило пошуки більш дешевих аналогів.
Розгадати цю загадку вдалося дослідникам з Массачусетського технологічного інституту. У результаті серії експериментів і теоретичних досліджень вони змогли з'ясувати, як саме молекули (фульвален) тетракарбонілдірутенію виконують функцію поглинання та вивільнення енергії. Це розуміння, за словами вчених, відкриває дорогу до створення аналогічних речовин на основі менш рідкісних і дорогих елементів, ніж рутеній.
Фактично, молекула зазнає структурного перетворення, поглинаючи енергію сонячного випромінювання, і переходить у більш високий енергетичний стан, в якому може залишатися протягом невизначеного часу. Потім, при дії каталізатора, молекула повертається до своєї первісної форми, виділяючи при цьому тепло. Але дослідники виявили, що насправді цей процес дещо складніший.
«Виявляється, є проміжний етап, який відіграє важливу роль», - говорить Джеффрі Гроссман (Jeffrey Grossman), провідний автор дослідження, результати якого опубліковані в журналі Angewandte Chemie. На півдорозі між двома відомими раніше станами молекули утворюють напівстабільні конфігурації. За словами Гроссмана, це було несподіваним відкриттям. Наявність проміжної енергетичної ступені дозволяє пояснити стійкість кінцевих станів молекули, а також - чому процес оборотний і чому «не працювали» сполуки з іншими елементами замість рутенію.
«Сонячне паливо» на основі (фульвалену) тетракарбонілдірутенію, говорить Гроссман, може нагріватися до температур близько 200 °С, що достатньо для опалення будинку або роботи генератора електроенергії. Його можна зберігати довгий час без «витоків» енергії, а після використання помістити на сонці для «підзарядки». Проблема високої вартості рутенію - слабке місце в цій чудовій схемі. Але тепер, коли вчені з'ясували механізм роботи (фульвалену) тетракарбонілдірутенію, знайти йому заміну буде набагато легше, вважає Гроссман. «Знаючи, що змушує цей матеріал працювати, ми виявимо і інші», - говорить він. Наступним кроком на шляху до дешевого «сонячного палива» має стати пошук молекул, що мають з відомою сполукою рутенію структурну подібність і здатні демонструвати аналогічну поведінку.
Хімік Роман Булатов (Університет штату Іллінойс) говорить, що «головним досягненням цього дослідження стало рішення значних проблем квантово-механічного моделювання реакції», що дозволить синтезувати нові речовини, які можуть накопичувати і віддавати енергію. Але залишаються і невирішені питання, наприклад - як важко буде отримати такі сполуки, і який каталізатор необхідний для запуску процесу?
За матеріалами: popmech.ru.
Читайте також:
- Чому сонячна атмосфера така гаряча?
- Знайдено новий металічний каталізатор для виробництва водню
- Зменшення активності Сонця
