Новий принцип опалювання сонячною енергією відправляє вугілля та газ на смітник історії
Відкриття, зроблене вченими Масачусетського технологічного університету, створює перспективу появи революційних систем абсолютно автономного опалювання, яким взагалі не потрібне пальне. Речовина під назвою "фульвален дирутенію"має здатність накопичувати теплову енергію, зберігати її скільки завгодно довго, а потім "віддавати" за потребою.
Властивості фульвалену дирутенію були відкриті ще в 1996 році. Поглинаючи сонячне світло, молекула зазнає структурної трансформації і переходить на вищий енергетичний рівень. На ньому вона може перебувати нескінченно довго. Але під впливом незначної кількості тепла або каталізатора речовина повертається до попереднього стану, в процесі виділяючи тепло.
Цей фізичний ефект дає можливість створення "багаторазового теплового акумулятора", який, наприклад, влітку накопичує теплову енергію, а взимку її віддає. Отримана темппература може сягати 200 градусів - цього достатньо не тільки для обігріву, але й, наприклад, для роботи парових турбін, що генеруватимуть струм.
Наразі акумулювати теплову енергію сонця можна або шляхом створення систем-"термосів", які з часом неминуче втрачають тепло, або "конвертуючи" її електричну (яку можне зберігати в батареях, або, в свою чергу, перетворити на механічну - наприклад, закачати з її допомогою воду у розміщений на висоті резервуар). Натомість фульвален дирутенію дає фактично ідеальний спосіб накопичення тепла. Речовина може багаторазово змінювати свій стан і зберігає стабільність протягом тривалого часу.
Втім, при всіх перевагах у фульвалену дирутенію є один справді вбивчий недолік - надзвичайно висока ціна. Логічний вихід з цього глухого кута - пошук інших речовин, які мали б аналогічні властивості, але коштували б набагато дешевше. Цю роботу, окрім Массачусетського технологічного, водночас вели в Ліверморській національній лабораторії ім. Лоуренса та в університеті Берклі. Однак пошуки закінчилися невдачею.
Професору МТІ Джеффрі Гроссману (Jeffrey Grossman) вдалося встановити, в чому причина цієї проблеми. Як виявилося, між двома енергетичними станами молекули є ще й третій, проміжний етап, на якому фульвален дирутенію перебуває в напівстабільному стані. "Ми цього не чекали", - заявив Гроссман. Однак зрозуміло, що саме цей двоетапний процес призводить до того, що молекула є такою стабільною, що процес накопичення та віддавання тепла так легко змінює напрямок дії, і - найголовніше - що пошук речовини, яка б замінила рутеній, не дав результату.
Гроссман переконаний, що тепер, коли фундаментальний механізм поведінки фульвалену дирутенію відкрито, буде значно легше знайти ті сполуки, які ведуть себе аналогічним чином.
На наступному етапі дослідження, як пояснює Гроссман, шляхом комбінування експериментів, хімічної інтуїції та "перебирання" баз даних із десятками мільйонів відомих молекул буде відібрано імовірних "кандидатів на заміну рутенію. "Я твердо вірю, що після того, як ми зрозуміли поведнінку цього матеріалу, ми знайдемо інші матеріали", - говорить він. Ключ до успіху полягає в поєднанні комп'ютерного моделювання з експериментальним хімічним синтезом. З цією метою Гроссман планує розпочати співпрацю з Даніелем Носера, професором хімії в МТІ.
Якщо ці дослідження призведуть до появи недорогих речовин, здатних накопичувати тепло, це може мати фундаментальні наслідки не лише для галузі опалення, але й для світової енергетики взагалі.
ScienceDaily
