Fotosklopovi su molekule osjetljivi na svjetlost, sposobni mijenjati svoju strukturu i kemijske veze pod utjecajem sunčeve energije. Njihova veličina je nevjerojatno mala — tek nekoliko nanometara — no potencijal im je ogroman. Kada su izloženi sunčevoj svjetlosti, te molekule ulaze u stanje s pohranjenom energijom. U tom stanju mogu ostati stabilni tjednima, pa čak i mjesecima. Oslobađanje pohranjene energije postiže se aktivacijom katalizatorom ili električnim impulsom, pri čemu energija izlazi u obliku topline.

Kako fotosklopovi mogu zamijeniti postojeće sustave?

Današnji solarno-termalni sustavi obično koriste vodu koja se grije sunčevom energijom i služi za trenutnu upotrebu. Problem nastaje jer zagrijana voda ne može dugo ostati u spremnicima bez gubitka topline. Ovdje fotosklopovi dolaze kao potencijalno rješenje. Umjesto vode, solarni moduli na krovovima mogli bi koristiti tekućinu s fotosklopovima.

'U idealnom scenariju, tekućina s fotosklopovima pumpala bi se na krov, gdje bi se napunila sunčevom energijom, a zatim pohranila u spremnicima u podrumu dok ne bude potrebna zimi,' objasnio je Christoph Kerzig, fotokemičar s Johannes Gutenberg Sveučilišta u Mainzu, piše njemački Tagesschau.

Mehanizam djelovanja

Pod utjecajem sunčeve svjetlosti, molekularna struktura fotosklopova mijenja se na način koji zahtijeva veliku količinu energije. Nakon te promjene, molekule ostaju stabilne u tom stanju, pohranjujući energiju dok ne dođe vrijeme za njezino oslobađanje.

Kada katalizator ili električni impuls potaknu molekule da se vrate u prvotno stanje, pohranjena energija oslobađa se u obliku topline. Ovaj proces je već uspješno demonstriran u laboratorijima.

Izazovi za praktičnu primjenu

Unatoč obećavajućem potencijalu, tehnologija fotosklopova suočava se s nekoliko izazova prije nego što postane široko primjenjiva. Prvi je stabilnost molekula. Da bi sustav bio praktičan, fotosklopovi moraju zadržati svoju energiju tijekom nekoliko mjeseci, proći više ciklusa pohrane i otpusta energije te istovremeno apsorbirati dovoljno sunčeve svjetlosti. Drugi izazov je cijena. Trenutni troškovi proizvodnje su previsoki za komercijalnu upotrebu.

Till Zähringer, znanstvenik s Johannes Gutenberg Sveučilišta, istaknuo je kako bi čak i male pilot-instalacije koštale nekoliko milijuna eura. 'Ako želimo ovu tehnologiju primijeniti u velikim količinama, u kilogramima ili tonama, moramo značajno smanjiti troškove proizvodnje.'

Poboljšanja kroz dodatak boja

Jedan od načina kako povećati učinkovitost fotosklopova je dodavanje posebnih boja. Trenutno fotosklopovi koriste samo ultraljubičasti dio sunčeve svjetlosti, dok ostatak spektra ostaje neiskorišten. Dodavanjem boja znanstvenici su uspjeli povećati apsorpciju sunčeve energije šest puta, što značajno povećava kapacitet pohrane energije.

'Kombinacijom s bojom sada možemo pohranjivati vidljivi dio sunčeve energije,' rekao je Kerzig. Ipak, stabilnost molekula još uvijek ostaje izazov.

Inspiracija iz prirode

Princip fotosklopova podsjeća na fotosintezu u biljkama. Zeleni pigment klorofil koristi sunčevu energiju za kemijske reakcije. No, dok biljke koriste samo mali dio sunčeve svjetlosti, cilj je da fotosklopovi postignu maksimalnu učinkovitost i koriste cijeli sunčevi spektar.

'Naš cilj je postići 100-postotnu učinkovitost,' naglasio je Kerzig. 'Energija Sunca mogla bi riješiti sve naše energetske probleme ako je naučimo bolje iskorištavati i pohranjivati, primjerice putem kemijskih veza u fotosklopovima.'

Iako se tehnologija fotosklopova još uvijek nalazi u fazi temeljnog istraživanja, pilot-projekti poput onih u Barceloni već pokazuju mogućnosti. Na dva mala modula postavljena na krovovima testira se sustav koji pohranjuje energiju ljeti kako bi se koristila zimi za grijanje. Ako znanstvenici uspiju povećati stabilnost molekula i smanjiti troškove proizvodnje, fotosklopovi bi mogli postati ključna tehnologija za rješavanje energetskih izazova budućnosti.