به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، چند سال پیش، گریس هان، استاد شیمی، هنگام سفر از بوستون به جنوب کالیفرنیا، تفاوت محسوس آب و هوا را تجربه کرد. پوست او تنها پس از چند ساعت قرار گرفتن در معرض نور خورشید دچار سوزش و تحریک شد. سال گذشته، وی به منظور فعالیت حرفه‌ای به دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا نقل مکان کرد و استفاده منظم از کلاه لبه‌پهن، عینک آفتابی و کرم ضدآفتاب را درپیش گرفت. با این حال، ذهن کنجکاو یک دانشمند هرگز از پرسش و کاوش باز نمی‌ماند.

هان می‌گوید: «به‌صورت تفریحی در حال مطالعه درباره نورشیمی دی‌ان‌ای بودم که متوجه شدم مولکول‌های دی‌ان‌ای موجود در پوست انسان که در اثر آفتاب‌سوختگی آسیب می‌بینند، می‌توانند کلید یک فناوری نوین باشند. این مولکول‌ها هنگام تابش خورشید تغییر شکل می‌دهند و به نسخه‌ای پرتنش از حالت عادی خود تبدیل می‌شوند.»

برای دهه‌ها، دانشمندان به دنبال مولکول‌هایی بوده‌اند که بتوانند شکل خود را تغییر دهند، در این فرآیند انرژی ذخیره کنند و سپس با تحریک، به حالت اولیه بازگردند و انرژی را آزاد نمایند. این ایده شبیه به کوک کردن یک تله‌موش و سپس فعال کردن آن است. این فناوری ذخیره انرژی حرارتی مولکولی خورشیدی یا Most نام دارد. این سیستم می‌تواند راهی بسیار ارزان و بدون انتشار کربن برای تأمین گرما باشد و قادر است انرژی را برای ماه‌ها یا حتی سال‌ها ذخیره کند.

پژوهشگران پیش از این موفقیت محدودی با این فناوری به دست آورده بودند، اما آفتاب کالیفرنیا به هان نشان داد که قدم بعدی چیست. نکته کلیدی، فعال‌سازی هموار و قابل تکرار تغییر شکل مولکول‌ها است. خوشبختانه، میلیون‌ها سال تکامل این فرآیند را در برخی گیاهان و جانوران به کمال رسانده است. موجودات زنده، به نوعی، آزمایشگاه‌های شیمیایی سیار هستند. بعضی از آنها آنزیمی به نام فوتولیاز تولید کرده‌اند که می‌تواند مولکول‌های تغییرشکل‌یافته توسط خورشید را تعمیر کند.

هان دریافت که چنین مولکول‌هایی کاندیداهای ایده‌آلی برای سیستم ذخیره انرژی هستند. او توضیح می‌دهد: «این مولکول‌ها بسیار بسیار کوچک هستند و می‌توانند مقدار زیادی انرژی به ازای هر واحد جرم ذخیره کنند.»

در مقاله‌ای که در فوریه منتشر شد، هان و همکارانش امیدوارکننده‌ترین سیستم ذخیره انرژی از این نوع را معرفی کردند. این سیستم به‌قدری قدرتمند بود که می‌توانست مقدار کمی آب را در یک ویال بسیار کوچک به جوش آورد. هان می‌گوید: «زمانی که مشاهده کردم که چگونه تمام محلول به سرعت به جوش آمد، واقعاً شگفت‌انگیز بود.»

کاسپر مات-پولسن، پژوهشگر دیگر این حوزه که در دانشگاه پلی‌تکنیک بارسلونا فعالیت می‌کند و در این مطالعه نقشی نداشت، از نتایج کار هان شگفت‌زده شده است. او می‌گوید: «بهترین سیستم‌های ما یک مگاژول انرژی در هر کیلوگرم ذخیره می‌کردند، اما آنها به ۱.۶ مگاژول رسیدند که واقعاً شگفت‌انگیز است.» رقم ۱.۶۵ مگاژول بر کیلوگرم ثبت‌شده در مقاله فوریه، به‌طور قابل‌توجهی بیشتر از چگالی انرژی باتری‌های لیتیوم‌یونی است؛ همان باتری‌هایی که امروزه در تلفن‌های همراه و خودروهای برقی استفاده می‌شوند.

با این حال، این سیستم نوآورانه بدون محدودیت نیست. نخست آنکه طول موج نوری که باعث تغییر شکل مولکول‌ها می‌شود، ۳۰۰ نانومتر است؛ نوری که از نوع فرابنفش بسیار قوی محسوب می‌شود. چنین نوری هرچند از خورشید به زمین می‌رسد، اما تنها به مقدار بسیار کم در دسترس است. دوم آنکه محرکی که برای بازگرداندن مولکول به حالت اولیه و آزادسازی انرژی استفاده می‌شود، اسید هیدروکلریک است؛ ماده‌ای بسیار خورنده که باید پس از استفاده خنثی شود. هان خود می‌پذیرد که این ایده‌آل‌ترین انتخاب نیست. با این حال، او امیدوار است که بتوان پاسخگویی سیستم را به نور طبیعی بهبود بخشید و آزادسازی انرژی را بدون نیاز به مواد شیمیایی سمی ممکن کرد.

هدف نهایی چنین پژوهش‌هایی، کربن‌زدایی از بخش تأمین گرما است؛ کاری که به‌طور ویژه دشوار محسوب می‌شود. جهان هنوز تا حد زیادی برای تأمین گرمای مورد نیاز خود به سوخت‌های فسیلی وابسته است. سیستم‌های Most و سوخت‌های فسیلی هر دو شکل‌هایی از ذخیره انرژی شیمیایی هستند، اما فناوری Most به تأکید پژوهشگران بدون سوزاندن هیچ ماده‌ای عمل می‌کند. افزون بر این، برخلاف سوخت‌های فسیلی که تنها در مناطق خاصی از جهان یافت می‌شوند، فناوری Most می‌تواند در هر نقطه از زمین در دسترس باشد. همچنین، سیستم‌های Most قادرند انرژی را برای مدت طولانی، حتی چندین دهه، ذخیره کنند، در حالی که انرژی حرارتی ذخیره‌شده به شکل گرما حداکثر چند روز یا چند ماه دوام می‌آورد.

چالش‌های عملی دیگری نیز وجود دارد. هری هوستر از دانشگاه دویسبورگ-اسن به دو مشکل اساسی اشاره می‌کند. نخست اینکه مولکول‌های حساس به نور در یک سیستم Most باید نسبتاً نازک پخش شوند؛ اگر لایه بیش از حد ضخیم باشد، نور نمی‌تواند به همه مولکول‌ها نفوذ کند. هوستر تخمین می‌زند: «در خوش‌بینانه‌ترین سناریو، احتمالاً می‌توان این لایه را پنج میلی‌متر ضخیم کرد.» دوم آنکه قرار گرفتن مولکول‌ها در یک مایع به این معناست که برای ذخیره یا انتقال انرژی، باید آن مایع را از بخشی از سیستم به بخش دیگر پمپاژ کرد. این امر هزینه و پیچیدگی را افزایش می‌دهد و احتمال خرابی قطعات را بیشتر می‌کند.

در خصوص آینده این فناوری، گریفین و همکارانش روی نسخه‌های حالت جامد Most کار می‌کنند. هان نیز که در حال تحقیق روی نمونه‌های جامد است، می‌گوید این سیستم‌ها می‌توانند به شکل پوشش‌های شفاف برای پنجره‌ها باشند، به‌طوری که گرما را آزاد کرده و از تشکیل بخار روی شیشه یا حتی گرم کردن اتاق‌ها جلوگیری کنند. هوستر اما در قابلیت Most برای تأمین تمام گرمای مورد نیاز یک ساختمان تردید دارد. به گفته او، این فناوری بیشتر می‌تواند قطعات حساس به دما در ماهواره‌ها یا هواپیماها را گرم کند. او در پایان تأکید می‌کند: «این علم فوق‌العاده‌ای است. این که آنها توانستند این عملکرد را به درستی پیاده‌سازی کنند، بسیار زیباست.»

این حوزه هرچند هنوز محدود و تخصصی است و راه طولانی تا تجاری‌سازی دارد، اما پتانسیل تأمین گرمای پاک و بدون کربن در هر نقطه از جهان، آن را به یکی از امیدوارکننده‌ترین فناوری‌های ذخیره انرژی تبدیل کرده است.