Солнечная энергия чиста, обильна и раздражающе неудобна: ею нельзя пользоваться ночью или в пасмурные дни. Конечно же можно преобразовать солнечный свет в электричество и хранить его в батарее, но это непростая и дорогостоящая процедура. Но самое главное, что большую часть времени нам требуется не электричество, а тепло – чтобы приготовить пищу, принять душ или обогреть дом.
Другими словами, нам нужно законсервировать тепло солнечного света, а затем «откупорить» его, когда потребуется. Это звучит нереалистично, но нашлись ученые, которые всё-таки разработали рабочее решение, причем, по их мнению, оно имеет вполне реальный потенциал.
Команда, возглавляемая доктором Дхандапани Венкатараманом, химиком из Массачусетского университета, создала новый полимер, который имеет уникальную эффективность поглощения и высвобождения тепла. Материал получил название AzoPMA и, по словам ученых, является ключом к разработке высокоэффективной «тепловой батареи», которая могла бы сделать для солнечной энергетики то, что высокопроизводительные аккумуляторы сделали для смартфонов Apple или электромобилей Tesla.
Как заявляют исследователи, AzoPMA способен сохранять в 100 раз больше тепловой энергии, чем вода. В его основе лежит азобензоловый полиметакрилат, который может удерживать очень много тепловой энергии, так как его молекулы способны переключается между двумя конформациями (формами, пространственным расположением атомов) в зависимости от температуры. Когда материал нагревается, молекулы внутри принимают высокоэнергетическую форму, которая эффективна при хранении тепловой энергии. Когда он охлаждается, молекулы возвращаются в свою низкоэнергетическую форму, при этом выделяя тепловую энергию по мере необходимости.
В тоже время доктор Массачусетского технологического института (MIT) Джеффри Гроссман добился впечатляющего прогресса с тепловым аккумулятором другого типа. Ученый создал соединение из жиров, которое плавится при нагревании, но, контринтуитивно, не твердеет, когда охлаждается. Вещество остается расплавленным до момента активации, осуществляемым синим светодиодом. Только после этого оно затвердевает, высвобождая сохраненное тепло.
Солнечные тепловые батареи уже находят свои применения в стремительно развивающемся мире.
Так, индийский промышленный конгломерат Tata финансирует разработку солнечных тепловых устройств, которые придут на смену сельским печам, сжигающим древесину, хворост или навоз. Пары из таких печей представляют серьезную угрозу для здоровья. Предполагается, что два литра нового аккумулирующего тепло материала будут обеспечивать час бесплатной кулинарии каждый день.
«Или представьте, когда вы идете в поход, вы заряжаете молекулы во время движения, а затем высвобождаете тепло, чтобы приготовить обед», - говорит Венкатараман. В то же время коллега из MIT предлагает включать тепловые аккумуляторы в текстильные волокна, обеспечивая одежду возможностью собирать тепло в течение дня, а затем использовать его в вечернее время.
Термальные батареи также могут быть объединены в большие хранилища для обогрева домов или целых кварталов, а также использоваться в виде покрытий на дорогах и крышах, где они могут быстро растопить снег после зимней непогоды – совершенно не используя при этом электричество.
«Тепловые батареи сегодня находятся там, где электрические батареи были столетие назад, - говорит Гроссман. - У них захватывающие перспективы, которые мы только начинаем понимать».
