A napenergiával kapcsolatban – ahogyan más megújuló erőforrásokkal is – az egyik legfőbb gond, hogy nagyon nehéz tárolni, a hasznosítását például az energiafogyasztás csúcsidőszakaira halasztani. Éppen hétfőn érkezett Németországból egy hír a probléma megoldására, miközben Amerikában szintén dolgoznak kutatók a napenergia tárolásán.

A fotovoltaikus elemek, napelemek nem elsősorban az energiatárolásra, hanem a közvetlen hasznosítására alkalmasak: hőt vagy elektromos áramot képesek termelni. A napenergia nagy részét ezek a jelenlegi berendezések, eszközök nem is képesek hasznosítani, így a sugárzás nagy része „kárba vész”.

MIT-kutatás

Ezen próbálnak most segíteni a híres amerikai műszaki egyetem, a MIT kutatói. Jeffrey Grossman és kollégái jelenleg csak a kísérletek kezdeti fázisánál tartanak, de már most ígéretes eredményeket értek el a napenergia befogásában és tárolásában. Ha sikerül módszerüket kiterjeszteni más anyagokra is, mint amit kutatásaikban használnak, akkor a napenergiát korlátlanul lehetne elraktározni és szállítani.

A MIT-kutatások a fulvalén-diruténium molekuláira koncentrálnak jelenleg. Ezt a ritka, drága és platinaszerű elemből, a ruténiumból állítják elő. Grossman és csoportja úgy találta, hogy ez a molekula, amikor napsugárzás éri, félstabil formációt vesz fel, vagyis alakját megváltoztatja. Ha a vegyülethez egy katalizátort adnak, a molekula visszanyeri eredeti alakját.

Mindez azért érdekes, mert a napenergiát ezáltal tárolni tudja a molekula, amely mindaddig megőrzi módosult alakját, amíg a katalizátort hozzá nem adják. Ha viszont visszanyeri az alakját a fulvalén-diruténium, akkor leadja a tárolt energiát áram vagy hő formájában.

Túl drága?

Grossman szerint a molekulát cseppfolyós állapotban lehetne felhasználni a napenergia átalakítására és tárolására. Szerinte egy mély medencében lehetne a napfényre kirakni az általuk vizsgált vegyületet. Mire az oldat „feltöltődik”, vagyis a molekulák kellő számban változtatják meg az alakjukat, a folyadékot el lehetne szállítani – csöveken vagy más szállítóeszközökkel – más helyekre is. Mindez távoli alkalmazásokat is lehetővé tenne – véli Grossman.

A fulvalén-diruténiumból nyert üzemanyag, illetve tüzelőanyag 200 Celsius fokra is felmelegedhet, ami elég a lakások fűtéséhez vagy éppen egy motor meghajtásához, amely elektromos áramot képes termelni.

Mindössze egyetlen probléma van a módszerrel: a fulvalén-diruténium rendkívül drága, így újratölthető cseppfolyós akkumulátorként (rechargeable liquid battery) nem lenne túl praktikus. Most ezért Grossmanék más, „olcsóbb molekulákat” keresnek, amelyek hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek.

Mitől különleges a molekula?

De mi is ez a tulajdonság, ami különlegessé teszi a fulvalén-diruténiumot? Más molekulák is megváltoztatják az alakjukat energiabevitel hatására, ám ezek nem tartják meg stabilan a módosult formációt. A molekulák többsége előtt ugyanis egyetlen kvantummechanikai „energiagát” áll, amelyről a természetben jelenlévő más energiaforrások hatására egyszerűen „lecsúsznak”, vagyis visszanyerik eredeti alakjukat, és leadják a felvett energiát.

A fulvalén-diruténium módosított állapotban azonban egy „dupla energia-gátrendszer” közé kerül a napfény hatására. Vagyis, ha más energiabehatás is éri a molekulát, akkor sem lendül ki könnyen a fél-stabil állapotából. Ennek oka az, hogy a napsugárzás hatására egyfajta – az eredeti állapotánál azért magasabb szinten lévő – „energiavölgybe” kerül, ahol mindkét oldalról védi egy-egy energiagát attól, hogy visszanyerje eredeti alakját.

Mindez ahhoz hasonló, mintha egy magasan fekvő hegyvidék egyik völgyébe pumpálnánk fel vizet, amelyet két oldalról völgyzáró gátak stabilizálnak. Ilyenkor a víz helyzeti energiája megnő, amit lezúdulásakor elektromos energiává lehet alakítani a vízierőművekben.

A fulvalén-diruténium kvantummechanikai sajátosságait az alábbi Youtube-videó is szemlélteti.