يُعدّ تحويل أشعة الشمس إلى طاقة أمراً شائعاً، على ما يتضح من الألواح الشمسية. لكنّ القدرة على تخزين الطاقة قبل استخدامها يشكل تحدياً آخر، ساعد باحثون في معالجته باستخدام الكيمياء، ضمن دراسة نشرت هذا الأسبوع في فرنسا.
مع الألواح الكهروضوئية، "يتم في معظم الأحيان، استخدام الطاقة الشمسية مباشرة على شكل كهرباء أو بشكل حراري"، على ما يقول ريمي ميتيفييه، الباحث في مركز الأبحاث الفرنسي CNRS والمشارك في الإشراف على الدراسة. ولتخزين الطاقة، ينبغي مثلاً استخدام بطاريات.
كيمياء الجزئيات
ويعتمد النظام الذي يُختصر بـ MOST (MOlecular Solar Thermal)، على كيمياء الجزيئات الفوتوكرومية. ويوضح كيتارو ناكاتاني، الأستاذ في الكيمياء لدى جامعة باري ساكلي والمشارك في الإشراف على الدراسة، أنّ الجزيئات الفوتوكرومية تُستخدم منذ فترة طويلة في النظارات الشمسية مثلاً مع عدسات تصبح داكنة أو فاتحة اعتماداً على الضوء المحيط.
وتتمتع الجزيئات الفوتوكرومية بقدرة على تغيير اللون، لكنّ ذلك ليس الميزة الوحيدة لها. يعمل الباحثون منذ أكثر من عشر سنوات على قدرة الجزيئات الفوتوكرومية على تخزين الطاقة من ضوء الشمس وتخزينها قبل إطلاقها.
وتقول ليا شوكرون، المعدة الرئيسية للدراسة التي نشرت في مجلة "رويال سوسايتي أوف كيميستري"، في حديث إلى وكالة الصحافة الفرنسية: "سيكون هذا الجزيء ذو الطاقة العالية قادراً على البقاء لفترات تتراوح بين أيام عدة وبضعة أسابيع".
وتضيف: "تتمثل الفكرة في أن نكون قادرين على استعادة هذه الطاقة عند الطلب، ليس في شكل كهرباء، كما هي الحال مع الألواح الكهروضوئية، ولكن على شكل حرارة".
بحسب الطلب
ويشير ميتيفييه إلى أن أحد التطبيقات الواضحة سيكون "سائلاً يدور على السطح مثلاً، يتم شحنه تلقائياً بالطاقة ثم يدور في سخاناتنا للتدفئة ليلاً".
المبدأ بسيط ويعتمد على تشعيع جزيء عضوي بالأشعة فوق البنفسجية. ويخضع الجزيء العضوي لتحول كيميائي يغيّر مستوى طاقته.
واستخدم الفريق جزيئين من عائلة دياريليثين صممهما علماء كيمياء في جامعة باري ساكلي. ويقول ميتيفييه إنهما "ليسا أكثر تلويثاً أو خطورة من أي صبغة تقليدية".
وبمجرد "شحنها"، تطلق هذه الجزيئات طاقتها مع إدخال جرعة صغيرة من الحمض المستخدم في الكيمياء العضوية، في وقت قصير يتراوح بين خمس دقائق وساعة، تبعاً للصيغة. ويقول ميتيفييه "لتبسيط الأمر، فهو يشبه تقريباً زراً" من شأنه "إطلاق هذه الحرارة عند الطلب".
الذهاب بعيداً
وإذا كان المبدأ المطبّق معروفاً أصلاً، يتمثل الجديد الذي وفرته الدراسة بـ"شرحه وتحديده بالكامل"، وفق ميتيفييه. ويضيف أن الفهم التفصيلي لآلية العمل وكل العمليات المصاحبة لها يسمح "الآن بالذهاب إلى أبعد من ذلك، إلى ابتكار واقتراح أنظمة أخرى تتسم بفاعلية أكبر"، سواء في القدرة على تخزين الطاقة أو في عدد المرات التي يمكن فيها شحن الجزيء وتفريغه، مثل البطارية.
نُفّذ هذا العمل مع متخصصين في الطاقة الشمسية من مختبر PROMES، التابع لمركز الأبحاث الفرنسي في بربينيان بجنوب فرنسا، ولن يظهر أفقه الصناعي إلا بعد 10 سنوات.