حروق الشمس تعطي العلماء فكرة مشرقة لتخزين الطاقة، لأن التطور كان قد اكتشفها أولاً

الشمس تشرق أحياناً في بوسطن - ولكن ليس هكذا.\n\nعندما زارت أستاذة الكيمياء غريس هان جنوب كاليفورنيا من بوسطن قبل بضع سنوات، لاحظت الفرق. كيف كانت بشرتها تشعر بالوخز مع أولى علامات التهيج بعد بضع ساعات فقط في الخارج.\n\nالعام الماضي، انتقلت للعمل في جامعة كاليفورنيا، سانتا باربرا، وبدأت بانتظام ارتداء قبعة واسعة الحواف ونظارات شمسية وكريم واقٍ بكثرة. وبما أنها أستاذة كيمياء، كانت قد أجرت بحثها بالفعل.\n\n"كنت أقرأ عن كيمياء الحمض النووي الضوئية - للتسلية"، تتذكر.\n\nعندها أدركت أن جزيئات الحمض النووي في جلد الناس التي تتضرر من حروق الشمس يمكن أن تساعدها. تلك الجزيئات تغير شكلها عند تعرضها لأشعة الشمس، وتنثني إلى نسخة مشدودة من شكلها العادي.\n\nلعقود، سعى العلماء إلى إيجاد جزيئات يمكنها التواء شكلها، وتخزين الطاقة في هذه العملية، ثم يتم حثها على العودة إلى شكلها الأصلي، لإطلاق الطاقة المخزنة عند الطلب.\n\nنوعاً ما مثل ضبط مصيدة فئران ثم تفعيلها لاحقاً. يُعرف هذا بتخزين الطاقة الشمسية الحرارية الجزيئية (Most) وهو وسيلة رخيصة جداً وخالية من الانبعاثات لتوفير الحرارة. يمكن لهذه الأنظمة تخزين الطاقة لأشهر أو حتى سنوات.\n\nكان لدى الباحثين نجاح محدود سابقاً مع هذه التقنية، ولكن بفضل شمس كاليفورنيا، عرفت هان ما يجب تجربته بعد ذلك.\n\nمن المهم تفعيل تحول شكل الجزيئات المختزنة للطاقة بطريقة سلسة وقابلة للتكرار.\n\nلحسن الحظ، أتقنت ملايين السنين من التطور هذه العملية عندما تحدث في جلدنا - نحن جميعاً مختبرات كيمياء حية، بمعنى ما. جزيئات الحمض النووي في جلدنا تطورت بحيث يمكنها إصلاح شكلها الملتوي بفعل الشمس بمساعدة إنزيم يسمى فوتولياز.\n\nوهذه الجزيئات، أدركت هان، كانت مرشحة مثالية لنظام تخزين الطاقة. "إنها صغيرة جداً جداً"، تشرح. "ويمكنها تخزين كمية هائلة من الطاقة لكل كتلة."\n\nفي ورقة بحثية نُشرت في فبراير، وصفت هي وزملاؤها أكثر نظام تخزين طاقة واعداً من هذا النوع حتى الآن، على الأقل من حيث كثافة الطاقة. كان قوياً بما يكفي لجعل "غلاية صغيرة جداً" في قنينة تغلي كمية صغيرة من الماء بسرعة، تقول هان.\n\nطلابها، الذين نفذوا ذلك الجزء من الدراسة، أسرعوا لإخبارها كيف سار الأمر. "عندما رأيت الفيديو بالفعل ورأيت كيف كان المحلول بأكمله يغلي بسرعة، كان ذلك رائعاً حقاً"، تتذكر هان.\n\nتؤكد أن التحليلات الحاسوبية التي توقعت أداء الجزيء، التي أجراها متعاونها كيندال هوك في جامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس، وفريقه، كانت حاسمة للعمل.\n\nزميل مجرب Most كاسبر موث بولسن، الذي يقود فرق بحثية في جامعة البوليتكنيك في برشلونة بإسبانيا ومؤسسات أخرى، لم يشارك في الدراسة لكنه أعجب بالنتائج.\n\n"أعتقد أن أفضل أنظمتنا كانت ميغاجول واحد [من الطاقة لكل كيلوغرام]. كان لديهم، أعتقد، 1.6، وهو أمر مذهل حقاً"، يقول، مشيراً إلى كثافة الطاقة التي حققتها هان وزملاؤها.\n\n1.65 ميغاجول لكل كيلوغرام المسجلة في ورقتهم في فبراير أكبر بكثير من كثافة طاقة بطاريات الليثيوم أيون، حالياً النوع الأكثر شيوعاً من البطاريات للهواتف والسيارات الكهربائية.\n\nنظام Most الذي ابتكرته هان وزملاؤها له بعض القيود. لأحد، الطول الموجي للضوء الذي يسبب تغير شكل الجزيئات في قلب النظام هو 300 نانومتر - شكل من "الأشعة فوق البنفسجية القاسية جداً"، يقول جون غريفين في جامعة لانكستر. "تأتي من الشمس إلينا ولكن بكميات صغيرة جداً."\n\nبالإضافة إلى ذلك، المحفز المستخدم لعكس شكل الجزيء الملتوي لإطلاق طاقته كان حمض الهيدروكلوريك - مادة أكالة جداً يجب تحييدها بعد الاستخدام. "ليس الخيار الأمثل"، تعترف هان.\n\nتقول إنها متفائلة بأنه سيكون من الممكن تحسين استجابة النظام