Optimizimi i fotoçelsave molekulare për grumbullimin e energjisë diellore
Fotoçelsat molekularë që mund të konvertojnë dhe ruajnë energjinë mund të përdoren për të bërë më efikase mbledhjen e energjisë diellore. Një ekip studiuesish ka përdorur një metodë të llogaritjes kuantike për të gjetur një strukturë molekulare veçanërisht efikase për këtë qëllim. Siç përshkruan ekipi në revistën Angewandte Chemie International Edition , procedura e tyre u bazua në një grup të dhënash prej më shumë se 400,000 molekulash, të cilat ata i ekzaminuan për të gjetur strukturën molekulare optimale për materialet e ruajtjes së energjisë diellore.
Aktualisht, energjia diellore përdoret drejtpërdrejt për të prodhuar energji elektrike, ose indirekt nëpërmjet energjisë së ruajtur në rezervuarët e nxehtësisë. Një rrugë e tretë mund të përfshijë fillimisht ruajtjen e energjisë nga dielli në materiale të ndjeshme ndaj dritës dhe më pas lirimin e saj sipas nevojës. Projekti MOST i mbështetur nga BE-ja (“Magazinimi i energjisë termike diellore molekulare”) po eksploron molekula të tilla si fotoçelsat që mund të thithin dhe ruajnë energjinë diellore në temperaturën e dhomës për të krijuar një përdorim krejtësisht pa emetim të energjisë diellore një realitet.
Ekipet hulumtuese të Kurt V. Mikkelsen në Universitetin e Kopenhagës, (Danimarkë) dhe Kasper Moth–Poulsen në Universitetin Teknik të Katalonjës, Barcelonë (Spanjë), kanë hedhur një vështrim më të afërt në fotoçelsat më të përshtatshme për këtë detyrë. Ata studiuan molekulat e njohura si diene biciklike, të cilat kalojnë në një gjendje me energji të lartë kur ndriçohen. Shembulli më i spikatur i këtij sistemi diene biciklik njihet si norbornadiene quadricyclane, por ekziston një numër i madh i kandidatëve të ngjashëm. Studiuesit shpjegojnë, “Hapësira kimike që rezulton përbëhet nga afërsisht 466,000 diene biciklike që ne kemi ekzaminuar për aplikimin e tyre të mundshëm në teknologjinë MOST.”
Ekzaminimi i një baze të dhënash të kësaj madhësie zakonisht bëhet nga mësimi i makinerive, por kjo kërkon sasi të mëdha të të dhënave trajnimi të bazuara në eksperimente të botës reale, të cilat ekipi nuk i kishte. Duke përdorur një algoritëm të zhvilluar më parë dhe një rezultat vlerësimi të ri, “eta”, shqyrtimi dhe vlerësimi i molekulave të bazës së të dhënave dha një rezultat të qartë: të gjashtë molekulat me pikën më të lartë ndryshonin nga sistemi origjinal norbornadiene kuadriciklane në një pikë vendimtare në strukturë. Studiuesit arritën në përfundimin se ky ndryshim strukturor, një zgjerim i urës molekulare midis dy unazave të karbonit në pjesën biciklike, i lejoi molekulat e reja të ruanin më shumë energji sesa norbornadieni origjinal.
Puna e studiuesve demonstron potencialin për optimizimin e molekulave të ruajtjes së energjisë diellore. Megjithatë, molekulat e reja duhet së pari të sintetizohen dhe të testohen në kushte reale. “Edhe pse sistemet mund të përgatiten në mënyrë sintetike, nuk ka asnjë garanci se ato janë të tretshme në tretës përkatës dhe se ata në të vërtetë do të ndërrojnë foto me rendiment të lartë ose fare, siç kemi supozuar në eta,” paralajmërojnë autorët.
Pavarësisht kësaj, ekipi ka zhvilluar një grup të ri, të madh të të dhënave trajnimi për algoritmet e mësimit të makinerive dhe kështu ka shkurtuar hapin e mundimshëm të kërkimit përpara sintezës për kimistët që trajtojnë sisteme të tilla në të ardhmen. Autorët parashikojnë që kjo depo shumë më e madhe e dieneve biciklike të vijë në vetvete për kërkime në fotoçelsat për një sërë aplikacionesh, duke e bërë potencialisht më të lehtë që molekulat të përshtaten me kërkesat specifike.