راهی جدید برای ذخیره و استفاده از نور خورشید

تصور کنید اگر لباس شما بتواند در زمان نیاز، حرارت کافی برای گرم نگه داشتن شما آزاد کند و باعث شود شما تنظیمات ترموستات خود را کنترل و در اتاقی خنک راحت اقامت کنید. یا شیشه جلو اتومبیل را تصور کنید که انرژی خورشیدی را ذخیره کرده و سپس آن را مانند گلوله ای از گرما برای ذوب کردن لایه ای از یخ منتشر می کند.

به گزارش کلیک، به لطف ماده جدیدی که می تواند انرژی خورشیدی را در طول روز ذخیره و بعد در هر زمان که مورد نیاز است به صورت گرما منتشر کند، هر دو این تصورات می تواند امکان پذیر باشد. این غشای پلیمری شفاف می تواند برای بسیاری از سطوح مختلف، مانند پنجره های شیشه ای و یا لباس استفاده شود.

اگر چه خورشید منبع تقریبا پایان ناپذیری از انرژی است، اما حدودا این انرژی در نیمی از زمان مورد نیاز ما در دسترس است (در نور روز). برای اینکه خورشید تبدیل به مهیا کننده نیروی عمده برای نیازهای انسان شود، راه حل موثری باید برای ذخیره آن در طول شب و روزهای طوفانی وجود داشته باشد. اکثر این تلاش ها در ذخیره سازی و بازیابی انرژی خورشیدی به صورت برق متمرکز شده است، اما این یافته جدید می تواند روش بسیار کارآمدی برای ذخیره انرژی خورشیدی از طریق واکنش شیمیایی و بعد انتشار آن به صورت گرما ارائه دهد.

این کشف، توسط استاد MIT جفری گراسمن، فوق دکتری دیوید ژیتومیرسکی، و دانشجوی کارشناسی ارشد یوجین چو، در مقاله ای که در مجله مواد انرژی پیشرفته شرح داده شده است. این تیم اذعان دارد راه حل دستیابی به ذخیره سازی دراز مدت و ثابت حرارت خورشیدی این است که به جای نگهداری آن به صورت گرما در قالب تغییر شیمیایی ذخیره شود. در حالی که حرارت به ناچار در طول زمان پراکنده می شود و مهم نیست عایق بندی اطراف آن تا چه اندازه مناسب است، سیستم ذخیره سازی مواد شیمیایی می تواند انرژی را به طور نامحدود در پیکربندی مولکولی پایدار حفظ کند، تا زمانی که انتشار آن توسط تکان کوچکی از حرارت رها شود (نور یا برق).

• مولکول ها با دو پیکربندی

راه حل این است که مولکول بتواند در هر کدام از دو پیکربندی مختلف پایدار باقی بماند. هنگامی که در معرض نور آفتاب قرار می گیرد، انرژی نوری مولکول ها را به پیکربندی بار دار آنها هدایت می کند، و آنها می توانند برای مدت طولانی به آن حالت باقی بمانند. سپس، هنگامی که توسط درجه حرارت بسیار خاصی و یا سایر محرک ها رها شدند، مولکول ها به شکل اولیه خود بر می گردند، که انفجار گرمایی را در این فرآیند بیرون می دهد.

این مواد ذخیره سازی شیمیایی، که به عنوان سوخت حرارتی خورشیدی شناخته شده اند (STF)، از قبل توسعه یافته بودند؛ از جمله در کار قبلی گراسمن و تیمش. ژیتومیرسکی می گوید برای تلاش های قبلی "تنها به کاربردهای حالت جامد محدود بودند" چرا که آنها برای استفاده در محلول های مایع طراحی شده بودند و قادر به ساختن غشاهای جامد بادوام نبودند. اساس اولیه رویکرد جدید بر مواد جامد است، و در این مورد از پلیمر استفاده شده است و مبنای اولیه بر مواد ارزان قیمت و فن آوری گسترده تولید است.

تد سارجنت، استاد دانشگاه در دانشگاه تورنتو، که در این تحقیق شرکت نداشته است می گوید: این کار راهی هیجان انگیز برای مهار انرژی و ذخیره سازی به طور همزمان در ماده ای واحد ارائه می دهد.

چو می گوید: تولید مواد جدید تنها نیاز به فرآیندی دو مرحله ای دارد که بسیار ساده و بسیار مقیاس پذیر است. این سیستم بر مبنای تلاش قبلی است که هدف آن توسعه اجاق خورشیدی بود که بتواند حرارت خورشیدی را برای پخت و پز پس از غروب آفتاب ذخیره کند، اما چو می گوید: این کار با چالش هایی روبرو بود. تیم دریافت که اگر ماده ای که با ذخیره سازی حرارت تولید شده است بتواند به صورت غشای نازکی ساخته شود، سپس می تواند در بسیاری از مواد مختلف ترکیب شود، از جمله شیشه و یا حتی پارچه.

برای ساخت این غشا که قابل ذخیره سازی مقدار مفیدی از گرما است، و برای اطمینان از اینکه می تواند به راحتی و با اطمینان تولید شود، این تیم با موادی به نام azobenzenes شروع کردند که در پاسخ به نور ترتیب مولکولی خود را تغییر می دهند.azobenzenes پس از آن می توانند با ضربان کوچکی از گرما تحریک شوند تا به ترتیب اصلی خود بر گردند و حرارت بیشتری در این فرآیند منتشر کنند. محققان شیمی مواد را به منظور بهبود چگالی انرژی آن (مقدار انرژی که می تواند برای وزن از پیش تعیین شده ذخیره شود) توانایی آن برای تشکیل لایه های یکنواخت و صاف و واکنش پذیری آن برای فعال سازی ضربان حرارت اصلاح کردند.

• یخ زدایی

گراسمن، مورتون و کلر گودلر و گروه استادان در سیستم های زیست محیطی و استاد مهندسی و علوم مواد می گویند ماده ای که در پایان ایجاد می شود بسیار شفاف است، و می تواند برای یخ زدایی شیشه جلوی اتومبیل مفید باشد. با این حال بسیاری از اتومبیل ها سیستم گرمایشی خوبی دارند که در پنجره های عقب به این منظور تعبیه شده است، زیرا هر چیزی که دید پنجره جلو را مسدود کند از نظر قانون ممنوع است، حتی سیم های نازک. اما غشای شفافی که از ماده جدید ساخته شده است، در بین دو لایه شیشه ای قرار می گیرد و می تواند همان اثر یخ زدایی را بدون هیچ گونه انسداد فراهم کند. شرکت خودرو سازی BMW آلمان، اسپانسر این پژوهش می گوید علاقه مند به استفاده از این کاربرد نهانی است.

در چنین پنجره ای، انرژی در پلیمرها هر زمان که ماشین در نور خورشید قرار می گیرد ذخیره می شود. سپس، هنگامی که شما آن را رها می کنید، فقط مقدار کمی از حرارت را استفاده می کند که توسط سیستم گرمایشی و یا وزش هوای گرم تولید می شود. گراسمن می گوید: ما این آزمایش را انجام دادیم تا نشان دهیم شما گرما کافی برای یخ زدایی شیشه جلو ماشین خواهید داشت. او در ادامه توضیح داد: برای دستیابی به این امر در واقع نیاز نیست تمام یخ ها ذوب شوند، فقط یخ های نزدیک به شیشه به اندازه کافی برای تهیه لایه ای از آب ذوب می شوند و بقیه یخ ها به دلیل سنگینی خارج می شوند و یا به وسیله برف پاک کن کنار زده می شوند.

گراسمن می گوید: این تیم در ادامه کار بر روی بهبود خواص این غشا کوشش می کند. در حال حاضر مواد ته رنگ زرد دارند، بنابراین محققان در تلاش برای بهبود شفافیت آن هستند. این غشا گرمای حدود 10 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای اطراف منتشر می کند که برای ذوب یخ کافی است، اما محققان در تلاش برای افزایش آن به 20 درجه هستند.

منبع: scitechdaily