Naujas, kopolimeru pagrįstas akumuliatorius, sukurtas Vokietijos universitetų „Ulm“ ir „Jena“ mokslininkų, leidžia kaupti iš saulės gaunamą energiją kelioms dienoms ir ją, esant poreikiui, išlaisvinti žaliojo vandenilio pavidalu. Šį akumuliatorių galima įkrauti pakartotinai, o jo įkrovimo ir iškrovimo procesas valdomas paprastu pH „jungikliu“, kaip nurodoma pranešime spaudai.
Siekiant atsisakyti iškastinio kuro, vis daugiau šalių diegia didelio masto saulės ir vėjo elektrines. Vis dėlto taikymams, kuriems būtinas itin didelis energijos tankis, patrauklesnė alternatyva yra vandenilis. Jis gali būti deginamas panašiai kaip iškastinis kuras, tačiau šalutinis produktas yra tik vanduo, todėl tai – anglies dioksido neišskiriantis sprendimas energijai imlioms sritims.
Kopolimeras – naujas sprendimas
Vandenilį galima gaminti iš saulės energijos naudojant fotokatalizinį procesą. Paprastai pagamintas dujinis vandenilis atskirai saugomas talpyklose ir vėliau panaudojamas pagal poreikį. Tačiau tyrėjų komanda, vadovaujama Ulricho Schuberto iš „Jena“ universiteto ir Sveno Rau iš „Ulm“ universiteto, pasirinko kitą kelią – vietoje įprastų sprendimų ėmė naudoti kopolimerų molekules.
Kopolimerai – tai makromolekulės, sudarytos iš skirtingų organinių statybinių blokų. Jie turi stabilią karkasinę struktūrą ir gali būti „aprūpinti“ konkrečiomis funkcinių vienetų grupėmis. Šiam saulės akumuliatoriui mokslininkai panaudojo vandenyje tirpų kopolimerą, kurio pagrindinė funkcinė savybė – sustiprintas redokso (oksidacijos-redukcijos) aktyvumas.
Veikiant saulės šviesai, sistema pasiekia apie 80 % įkrovimo efektyvumą. Įkrovus, įkrauta būklė gali būti išlaikoma kelias dienas. Norėdami atgauti sukauptą energiją, tyrėjai į sistemą įdeda rūgšties ir vandenilio evoliucijos katalizatorių – taip sistemoje sukaupti elektronai susijungia su protonais ir išsiskiria vandenilis. Šiame etape taip pat pasiekiamas didelis našumas – apie 72 % efektyvumas.
pH – kaip jungiklis ir indikatorius
Kopolimeru pagrįstoje sistemoje vykstantys redokso procesai yra visiškai grįžtami. Todėl iškrovus akumuliatorių, jį tereikia vėl palikti saulėje, kad būtų įkrautas, ir taip galima daug kartų kartoti katalizės bei energijos kaupimo ciklus.
Sistemai atstatyti užtenka pakeisti jos pH reikšmę. pH čia atlieka ne tik jungiklio, bet ir akumuliatoriaus įkrovos būsenos indikatoriaus vaidmenį. Iškrovus ir esant rūgščiai terpei, polimero spalva pasikeičia iš violetinės į geltoną.
Palikus sistemą saulėje, kai ji vėl įkraunama, spalva iš geltonos vėl pakinta į violetinę, taip vizualiai parodant, kad akumuliatorius vėl sukaupė energijos, kurią, esant poreikiui, galima išlaisvinti vandenilio pavidalu. Išsiskyręs vandenilis gali būti panaudotas labai įvairiose srityse – nuo elektromobilių variklių maitinimo iki plieno gamybos ar švarios elektros gamybos pagal poreikį.
Pasak Rau, šis projektas yra reikšmingas ir mokslo požiūriu, nes jame sujungiamos labai skirtingos chemijos srities koncepcijos, kurios paprastai turi mažai sąlyčio taškų: makromolekulinė polimerų chemija ir fotokatalizė. Schuberto teigimu, gauti rezultatai atveria naujas perspektyvas kurti ekonomiškas, lengvai išplečiamas saulės energijos kaupimo technologijas ir yra svarbus žingsnis link tvarios, chemija grįstos energetikos.
