مشکل بزرگ انرژی خورشیدی این است که وقتی خورشید در کار نباشد، انرژی هم وجود ندارد. اکنون محققان بهسراغ چوب رفتهاند تا آن را به یک سیستم انرژی خورشیدی تبدیل کنند. در این سیستم چوب میتواند به جذب نور بپردازد و آن را بهصورت گرما ذخیره کند. درنتیجه، حتی پس از غروب آفتاب هم میتوان از انرژی خورشید استفاده کرد.
محققان با بازطراحی ساختار داخلی چوب در سطح نانو، مادهای ساختهاند که میتواند نور خورشید را جذب و آن را بهصورت گرما ذخیره کند. آنها در مقاله خود نوشتهاند: «کار ما نمایانگر یک سکوی چوبی مقیاسپذیر است که با محیطزیست سازگاری دارد و برای برداشت انرژی گرمایی خورشید به کار میآید.»
محققان در این پروژه کار خود را با چوب بالسا آغاز کردند، نه به دلیل استحکام آن، بلکه به سبب معماری درونیاش. چوب بالسا زیر میکروسکوپ شبیه مجموعهای از ریزلولهها بهنظر میرسد که عرض هر کدام حدود ۲۰ تا ۵۰ میکرومتر است. این کانالها میتوانند گرما را هدایت و حفظ کنند.
اما چوب خام نور را بازتاب میدهد و آب جذب میکند. بنابراین محققان ابتدا لیگنین را از چوب جدا کردند. این جزء به چوب رنگ و سختی میدهد. همین مرحله موجب میشود که سطح تخلخل چوب به بیش از ۹۳ درصد برسد و شبکهای متراکم از سطوح واکنشدهنده درون کانالها ایجاد کند.
این وضعیت را شبیه خالیکردن داخل چوب و تبدیل آن به اسفنجی متخلخل در نظر بگیرید که همچنان ساختار جهتدار خود را حفظ میکند. سپس بهجای استفاده از متدی رایج موسوم به کربنیزهسازی، محققان سطوح درونی چوب را بهصورت شیمیایی مهندسی میکنند.
آنها دیوارههای کانالها را با صفحات بسیار نازک فسفرین سیاه پوشاندند. این ماده نور خورشید را در طیفهای فرابنفش، مرئی و فروسرخ جذب و آن را به گرما تبدیل میکند. فسفرین برخلاف کربن دارای خصوصیات ضدآتش است، اما در برابر هوا خیلی زود تحلیل میرود. البته دانشمندان با یک لایه محافظ این مشکل را برطرف کردند.
در ادامه نانوذرات نقره به چوب اضافه شدند تا جذب نور بهبود یابد. در مرحله آخر نیز زنجیرههای طولانی هیدروکربن در سطح چوب قرار گرفت تا به آن قابلیت آبگریزی بدهد. محققان در این روش کانالهای درون چوب را هم با اسید استئاریک پر کردند که مادهای با قابلیت تغییر فاز است. زمانی که به این ماده گرما میرسد، ذوب میشود و انرژی ذخیره میکند و هنگامی که خنک میشود، سفت شده و انرژی آزاد میکند.
این پایداری بهصورت مستقیم منجر به عملکرد قدرتمندتر میشود. هر کیلوگرم چوب با این روش میتواند حدود ۱۷۵ کیلوژول انرژی ذخیره کند که با نرخ ۹۱.۲۷ درصدی قابل تبدیل به گرماست. این روش انتقال گرما را در بافت طبیعی چوب ۳.۹ برابر بهبود میدهد و در ترکیب با ژنراتور ترموالکتریک حداکثر ۰.۶۵ ولت اختلاف پتانسیل الکتریکی تولید میکند.
آزمایشهای محققان نشان داده که این روش دوام بالایی دارد. پس از ۱۰۰ چرخه گرم و سرد شدن، عملکرد آن تقریباً تغییری نکرده است. در نتیجه، این رویکرد میتواند روشی مناسب برای ساخت سیستمهای خورشیدی بهینهتر باشد. نتایج این مطالعه در ژورنال Advanced Energy Materials منتشر شده است.
