Субота, 20 Квітня, 2024

Відкрито молекулу, яка може зробити ядерний синтез непотрібним

Людству постійно бракує енергії, і це особливо відчувається сьогодні, коли попит зростає значно швидше за виробництво. Багато хто бачить порятунком ядерний синтез, який уже близько півстоліття знаходиться на етапі «запустимо через 30 років». Існують навіть побоювання, що паливо для ядерного синтезу закінчиться раніше, ніж ці реактори з’являться масово. Однак ядерний синтез може і не знадобитися завдяки нещодавно відкритій молекулі азулен, яка обіцяє підключити людство до дійсно необмеженого джерела енергії.

Молекула азулен, відповідно до дослідження, опублікованого в журналі American Chemical Society, відома тим, що випромінює синє світло. Але робить це у спосіб, яки, здається, порушує фундаментальні правила фотохімії.

Розуміння того, як азулен та інші подібні молекули перетворюють енергію за допомогою флуоресценції, дозволить людству створювати власні молекули для більш ефективного перетворення фотонів від Сонця в придатну для використання електроенергію, таким чином створюючи чисту енергію.

Молекула азулен, здається, суперечить фотохімічному правилу, яке відоме як правило Каші. Це правило по суті допомагає пояснити, як молекули випромінюють світло, перебуваючи в різних станах. Однак, на відміну від інших молекул, азулен, здається, не відповідає правилу Каші.

«Це засновано на ароматичності та антиароматичності цієї молекули в різних збуджених станах, — поділився провідний автор дослідження Томаш Сланіна в заяві для преси . – Ми можемо розглядати ароматність як свого роду внутрішню стабілізацію цієї молекули. Коли ця молекула є ароматичною, вона щаслива, вона стабільна. Коли вона антиароматична, вона намагається якось уникнути цього стану».

Для азулену, однак, це правило порушується: вона стабільна у своєму основному стані, але нестабільна (антиароматична) у своєму першому збудженому стані. Це цікаве відкриття, яке може допомогти вченим зробити прорив у пошуках безмежної енергії.

Якщо використовувати аналогію висхідних сходів, то перша сходинка, тобто перший збуджений стан молекули, знаходиться високо, а кожна наступна сходинка нижче, а тому ближче до попередньої. Чим менша відстань між сходинками, тим швидше молекула прагне опуститися зі сходинки на нижчі рівні. Потім вона чекає найдовше на першому кроці, перш ніж повернутися на базовий рівень, після чого може випромінювати світло. Але азулен поводиться інакше.

Щоб пояснити поведінку азулену, дослідники IOCB Prague використали концепцію (анти)ароматності. Антиароматична речовина нестабільна, і молекула намагається якомога швидше вийти з цього стану. Він залишає вищий енергетичний стан і падає вниз.

На першому етапі азулен є незадоволеним, тобто антиароматичним, і тому падає вниз протягом порядку пікосекунд, не встигаючи випромінювати світло. На другому кроці, однак, він поводиться як задоволена ароматична речовина. І це важливо! Він може існувати в такому збудженому стані навіть цілу наносекунду, і цього достатньо, щоб випромінювати світло. Тому енергія цього збудженого стану нікуди не втрачається і повністю перетворюється на високоенергетичний фотон.

Ця ідея є частиною нормального прогресу, щоб спробувати зробити сонячні елементи більш ефективними. Озираючись на історію цих елементів, що генерують електроенергію, перший сонячний елемент у 1883 році міг перетворити менше одного відсотка фотонів Сонця на придатну для використання електроенергію. Однак це був лише перший дитячий крок до безмежної енергії.

Сучасні сонячні батареї зазнали деяких значних модернізацій і змін. Хоча їхня ефективність ще надзвичайно мала, уже є сонячні батареї, які можуть перетворювати близько 50 відсотків фотонів Сонця в електрику, і також є сонячні панелі, які генерують електрику без сонячного світла.

Реакції ядерного синтезу у Сонці щосекунди вивільняють 384,6 септильйонів Ватт енергії (3,846х10^26 Вт). Це еквівалентно вибуху 1 820 000 000 «цар-бомб» – найпотужнішої термоядерної бомби в історії.

Майже усі 100% вивільненої Сонцем енергії вилітають в космос. Земля отримує лише 1/2000000000 частку вивільненої енергії. І близько 30% цього надходження Земля випромінює назад у космос, приблизно половину поглинають суша та океан, решту – атмосфера та хмари. Дуже невелика її частина потрапляє на суходіл, але і цього достатньо, щоб забезпечити людство.

Влітку в південних широтах квадратний метр поверхні може отримувати близько 1120 Вт енергії. Усереднено за рік кожен квадратний метр земної поверхні отримує 342 Вати. Це 44 квадрильйони (4,4х1016) Ват енергії.

Людство в 2022 році спожило лише 25500 ТВт*год. Один (1) терават – це 0,0001 квадрильйона Ват.

НАПИСАТИ ВІДПОВІДЬ

Коментуйте, будь-ласка!
Будь ласка введіть ваше ім'я

Євген
Євген
Євген пише для TechToday з 2012 року. Інженер за освітою. Захоплюється реставрацією старих автомобілів.

Vodafone

Залишайтеся з нами

10,052Фанитак
1,445Послідовникислідувати
105Абонентипідписуватися