Energie ukrytá v molekulách | EkonTech.cz


Energie ukrytá v molekulách

Technik / solární energie / molekuly
27. 2. 2020 - 12:43

Nový způsob ukládání solární energie využívá změn v chemické stavbě speciálních molekul. Molekuly složené z uhlíku, vodíku a dusíku vytvořené na Technologické univerzitě Chalmers ve švédském Göteborgu fungují jako malé baterie. Díky chemické reakci přemění uloženou energii ze slunce v teplo.

Cest k ukládání energie dodávané na Zem ze slunce existuje mnoho, nicméně využití molekul k jejímu uložení přináší řadu výhod. Molekulární úložiště solární tepelné energie se chová jako miniaturní stroj. Při slunečním svitu začnou jednotlivé molekuly měnit své vazby a vznikne tak izomer – sloučenina se stejným počtem atomů lišící se pouze jejich uspořádáním v molekule. Tímto způsobem se uloží do chemických vazeb energie, vytvořené vazby se přitom nezmění ani po ochlazení. Při potřebě využít uloženou energii pak přichází na řadu katalyzátor, který molekule navrátí její původní strukturu právě za produkce tepla.

Energie dostupná i za měsíc

Odborně se molekulární stroje obdobné funkce nazývají molekulární fotopřepínače. Chemicky se jedná o derivát norbornadienu, bicyklické organické sloučeniny se vzorcem C7H8. Při běžné teplotě se sloučenina vyskytuje v kapalném skupenství. „Připravili jsme vylepšené molekulární úložiště energie poskytující vysokou energetickou hustotu až do 0,4 MJ na jeden kilogram sloučeniny, které může uchovat při pokojové teplotě solární energii a uvolnit termochemickou energii podle potřeby, jedná se tedy o uzavřený energetický cyklus,“ uvádějí výzkumníci ve vědeckém článku představujícím jejich nový objev. Řešení určené pro rodinné domy uloží energii až na 10 měsíců, tenká folie vytvořená z molekul asi měsíc.

Energetická hustota uvádí, kolik tepla vyprodukuje 1 kg látky. Pro porovnání, například u dřeva činí 20 MJ/kg, během růstu dřeva však musí působit sluneční energie několik let. Po převodu na watthodiny odpovídá energetická hustota asi 111 Wh, což odpovídá asi polovině nejvýkonnějších baterií na trhu.

Vytápěná okenní skla

Vědce překvapilo zejména množství vyprodukovaného tepla po použití katalyzátoru na bázi organické sloučeniny kobaltu a dusíku. Vědci naměřili teplotní rozdíl 63,4 °C, což představuje dosud nejvyšší hodnotu naměřenou u podobných kapalných systémů. Systém založený na molekulových fotopřepínačích tak může v domácnostech snadno nahradit topení.

Použití tenké vrstvy molekul pro vytvoření energetického úložiště s sebou přináší řadu výhod. V budoucnu se mohou podobným materiálem vybavit střechy nebo stěny domů, ostatně prototyp takového zařízení se nachází také na střeše Chalmerské univerzity. Materiál je průsvitný, nic tak nebrání ani jeho připevnění v podobě tenké fólie na okenní tabule. „Například letadla a kancelářské komplexy by dokázaly snížit spotřebu energie, zatímco by s použitím naší fólie bylo vytvořeno příjemnější teplotní prostředí uvnitř,“ tvrdí jeden z autorů práce Kasper Moth-Poulsen. Sám odhaduje uvedení technologie na trh do asi deseti let.