Kaliforniya Üniversitesi Santa Barbara Kampüsü’nde görev yapan Han Nguyen ve çalışma grubu, yenilenebilir enerji sektörünün en temel problemlerinden biri olan ısının muhafaza edilmesi konusunda kritik bir aşama kaydetti. Geliştirilen sistemde, güneş ışığına maruz kaldığında enerji depolayan ve bir tetikleyici ile bu enerjiyi ısı olarak geri veren özel bir moleküler yapı kullanıldı. Kablo, rezistans veya geleneksel batarya düzeneklerine ihtiyaç duymayan bu inovasyon, enerjiyi doğrudan kimyasal bağlar içerisinde saklayabilme özelliğiyle öne çıkıyor.
Moleküler yay sistemi enerjiyi form değiştirerek saklıyor
Sistemin işleyiş merkezinde "pirimidon" adı verilen bir molekül yer alıyor. Güneş ışınları bu molekülle etkileşime girdiğinde, molekül fiziksel bir değişime uğrayarak bükülüyor ve yüksek enerjili, gergin bir forma dönüşüyor. Bir yayın kurulmasına benzetilen bu süreçte molekül, yeni formunda kilitli kalarak enerjiyi bünyesinde hapsediyor. Depolanan enerjinin açığa çıkarılması için ise az miktarda ısı veya bir damla asit gibi küçük bir dış müdahale yeterli oluyor; bu tetikleme ile molekül eski haline dönerken bir ısı patlaması meydana geliyor.
Araştırma ekibinin lideri Han Nguyen, süreci güneş ışığında koyulaşan fotokromik gözlüklerin çalışma prensibine benzeterek durumu detaylandırıyor. Nguyen, Scienceblog’a yaptığı açıklamada şu ifadeleri kullandı:
“İçerideyken camlar şeffaftır. Güneşe çıktığınızda kendiliğinden kararır. Tekrar içeri girince yeniden şeffaflaşır. Ancak burada değişen renk değil, enerji düzeyi.”
Yeni tasarım lityum iyon bataryaların kapasitesini geride bıraktı
"Moleküler Güneş Isıl (MOST) enerji depolama" olarak adlandırılan bu yöntem, geçmişteki denemelerin aksine daha hafif ve kompakt moleküllerle hayata geçirildi. Önceki çalışmaların zehirli çözücüler veya düşük enerji yoğunluklu ağır moleküller nedeniyle laboratuvar aşamasında kaldığı belirtilirken, yeni pirimidon temelli sistemin verimlilik oranları dikkat çekiyor. Yapılan ölçümlerde, sistemin enerji yoğunluğunun kilogram başına 1,6 megajulün (MJ/kg) üzerine çıktığı saptandı. Bu değer, güncel mobil cihazlarda ve elektrikli araçlarda kullanılan lityum-iyon bataryaların sunduğu yaklaşık 0,9 MJ/kg’lık kapasitenin neredeyse iki katına tekabül ediyor.
Enerji yıllarca bozulmadan muhafaza edilebiliyor
Geleneksel batarya teknolojilerinin aksine, bu sıvı yakıt zamanla şarj kaybı yaşamıyor ve hapsedilen enerji bir tank içerisinde yıllarca saklanabiliyor. Laboratuvarda görevli doktora öğrencisi Benjamin Baker, sistemin sunduğu entegre yapıyı şu sözlerle açıklıyor:
“Güneş panellerinde enerjiyi depolamak için ek bir batarya sistemine ihtiyaç duyarsınız. Moleküler güneş ısıl depolamada ise malzemenin kendisi güneşten aldığı enerjiyi saklayabiliyor.”
Yarım mililitre sıvı suyu kaynatmaya yetiyor
Araştırmanın en somut verisi, yarım mililitrelik malzemenin kullanıldığı su ısıtıcısı testinde elde edildi. Bu küçük miktardaki sıvıdan yayılan ısının suyu kaynatma noktasına ulaştırması, geçmişte sadece hafif sıcaklık artışlarının gözlemlendiği bu alanda büyük bir devrim olarak nitelendiriliyor. Malzemenin suda çözünebilir yapıda olması, konutların çatılarındaki kolektörlerden pompalanarak şarj edilmesi ve ihtiyaç anında sisteme ısı vermesi gibi pratik uygulama senaryolarını mümkün kılıyor.
Görünür ışığın emilmesi için çalışmalar devam ediyor
Sistemin ticari olarak yaygınlaşabilmesi için aşılması gereken teknik bir engel bulunuyor. Mevcut moleküler yapı, güneş spektrumunun sadece yüzde 5'lik kısmını temsil eden ultraviyole (UV) ışınlarını soğurabiliyor. Bilim heyeti, molekülü "kırmızıya kaydırarak" spektrumun daha geniş bir bölümünü kapsayan görünür ışığı da emebilecek bir yapıya kavuşturmak üzere araştırmalarını sürdürüyor.
