یک مولکول هیدروکربن به عنوان تامین کننده و محلول ذخیره انرژی برای انرژی خورشیدی

تاکنون تولید و ذخیره الکتریسیته از انرژی خورشیدی به دستگاه های مختلف وابسته بوده و منجر به تلفات تبدیل شده است. این ممکن است به زودی تغییر کند، زیرا شیمیدانان در دانشگاه فریدریش-الکساندر-ارلانگن-نورنبرگ (FAU) و سایر مؤسسات تحقیقاتی در آلمان، استرالیا، بریتانیا، ایتالیا، سوئد و ایالات متحده در حال انجام تحقیق بر روی یک مولکول هیدروکربنی هستند که می تواند نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل کند. و البته کمکی به ذخیره انرژی برای مدت طولانی به شکل شیمیایی باشد.
این می تواند راه را برای ماژول های خورشیدی آلی کاملاً جدید هموار کند. اصول تبدیل و ذخیره سازی با استفاده از این مولکول اکنون در مجله Nature Chemistry منتشر شده است.

امید است که انرژی خورشیدی محرک اصلی تحول انرژی باشد. با این حال، از آنجایی که نور خورشید یک منبع انرژی بسیار فرار است، باید راه حلی برای ذخیره انرژی کارآمد پیدا کرد.

پروفسور دکتر جولین باخمن، رئیس شیمی مواد لایه نازک (CTFM) توضیح می‌دهد: «تاکنون، ما الکتریسیته را از ماژول‌های خورشیدی که بلافاصله مصرف نمی‌شوند به باتری منتقل کرده‌ایم، جایی که می‌توان از آن در صورت لزوم و در صورت نیاز استفاده کرد». با تغییر مکرر بین انرژی شیمیایی و الکتریکی، حداقل 30 درصد از انرژی تبدیل شده اولیه در طول این فرآیند ذخیره باتری از بین می رود.

طیف جذب محاسبه شده ویگنر طیف جذب QC را با استفاده از 10000 شرایط اولیه که توسط گاوسی گسترش یافته بود (FWHM = 0.1 eV) نمونه برداری کرد. با استفاده از هندسه ها و انرژی ها در سطح تئوری RMS(9)-CASPT2(2،6)/6-31 G* + D محاسبه می شود. منبع: شیمی طبیعت (2024). DOI: 10.1038/s41557-023-01420-w

باخمن به همراه مایکل بوش، یک کاندیدای دکترا در Chair CTFM، امیدوار است که ویژگی جدیدی را از یک ماده شناخته شده ایجاد کند، که باعث شود نور خورشید به انرژی الکتریکی تبدیل شود یا انرژی را بسته به نیاز ذخیره کند. ماده مورد بحث نوربورنادین (norbornadiene) است، یک ایزومر هیدروکربنی متشکل از دو حلقه مولکولی است. اگر نوربورنادین در معرض نور ماوراء بنفش قرار گیرد، سازماندهی مجدد جزئی پیوندهای اتمی منجر به تبدیل آن به کوادری سیکلان (quadricyclane) با ساختار مشابه اما با فشار زیادتر می شود.

باخمن توضیح می دهد: «فرایند تبدیل قبلاً شناخته شده است، با این حال، تحقیقات تاکنون بر بازیابی انرژی ذخیره شده به شکل گرما متمرکز بوده است. “رویکرد جدید ما شامل کنترل فرآیند است تا انرژی ذخیره شده را حتی پس از گذشت ماه ها به عنوان برق نیز در دسترس قرار دهد.”

دانشمندان هنوز به طور کامل مکانیسم های فیزیکی-شیمیایی پشت انتقال بین ایزومرها را درک نکرده اند. محققانی از استرالیا، بریتانیا، ایتالیا، سوئد و ایالات متحده با همکاران FAU همکاری می‌کنند تا با استفاده از طیف‌سنجی فوتوالکترون به درک بهتری از این فرآیند دست یابند.

باخمن می‌گوید: «هرچه بیشتر در مورد دینامیک تبدیل عکس و الکتروشیمیایی بدانیم، بهتر می‌توانیم طراحی مولکول را مطابق با عملکردهای مورد نظر تغییر دهیم.»

هدف از تحقیقات آینده، برای مثال، نه تنها استفاده از تحریک فرابنفش، بلکه همچنین استفاده از طیف گسترده ای از نور خورشید برای تحریک الکترون است. باخمن توضیح می دهد: «پتانسیل زیادی وجود دارد. چگالی انرژی خالص سیستم نوربورنادین-کوادری سیکلان با باتری لیتیوم یون قابل مقایسه است.

اگر محققان موفق به کنترل قابل اعتماد تبدیل برگشت پذیر نوربورنادین-کوادری سیکلان شوند، این نه تنها منجر به یک ماژول خورشیدی کارآمد می شود که برای ذخیره برق نیز مناسب است. تولید مواد مبتنی بر هیدروکربن آلی نیز مقرون به صرفه خواهد بود، نیازی به فلزات کمیاب نخواهد داشت و در پایان چرخه عمر خود به راحتی می توان آنها را به روشی سازگار با محیط زیست بازیافت کرد.
نویسنده: دپارتمان خبری آرا نیرو
منبع:
Blandina Mangelkramer, Friedrich–Alexander University Erlangen–Nurnberg

جمع‌بندی درباره انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی یکی از موضوعات مهم در صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر است و پیگیری آخرین تحولات آن برای فعالان این حوزه اهمیت زیادی دارد.

برای ارزیابی هر پروژه مرتبط با انرژی خورشیدی، عواملی مانند هزینه سرمایه‌گذاری، بازده فنی، دوام تجهیزات و شرایط اقلیمی محل اجرا باید در کنار هم بررسی شوند.

تجربه بازارهای پیشرو نشان می‌دهد توسعه انرژی خورشیدی بدون برنامه‌ریزی بلندمدت و همکاری میان تولیدکنندگان، سرمایه‌گذاران و نهادهای نظارتی به نتیجه مطلوب نمی‌رسد.

برای اطلاعات بیشتر درباره روند جهانی می‌توانید گزارش‌های آژانس بین‌المللی انرژی درباره فتوولتائیک را مطالعه کنید.