Słońce czasem świeci, w Bostonie też – ale nie tak jak tutaj.

Kiedy profesor chemii Grace Han kilka lat temu po raz pierwszy odwiedziła południową Kalifornię z Bostonu, zauważyła różnicę. Jak jej skóra zaczynała mrowić po zaledwie kilku godzinach na zewnątrz, zwiastując podrażnienie.

W zeszłym roku przeprowadziła się do pracy na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara i regularnie zaczęła nosić kapelusz z dużym rondem, okulary przeciwsłoneczne i dużo kremu z filtrem. Będąc profesorką chemii, już wcześniej zrobiła research.

„Czytałam właśnie o fotochemii DNA – dla przyjemności” – wspomina.

Wtedy zdała sobie sprawę, że cząsteczki DNA w skórze ludzi, które ulegają uszkodzeniu podczas oparzeń słonecznych, mogą jej pomóc. Te cząsteczki zmieniają kształt pod wpływem promieniowania słonecznego, wyginając się w napiętą wersję swojej regularnej formy.

Od dziesięcioleci naukowcy poszukują cząsteczek, które mogą zmieniać swój kształt, magazynując przy tym energię, a następnie być pobudzone do powrotu do pierwotnej formy, uwalniając zgromadzoną energię na żądanie.

Trochę jak nastawianie, a później uruchamianie pułapki na myszy. To tak zwane molekularne słoneczne magazynowanie ciepła (Most) – potencjalnie bardzo tani i bezemisyjny sposób dostarczania ciepła. Systemy Most mogą przechowywać energię przez wiele miesięcy, a nawet lat.

Naukowcy wcześniej odnosili ograniczone sukcesy z tą technologią, ale dzięki kalifornijskiemu słońcu Han wiedziała, co wypróbować dalej.

Ważne jest, aby aktywować zmiany kształtu cząsteczek magazynujących energię w płynny, powtarzalny sposób.

Na szczęście miliony lat ewolucji udoskonaliły ten proces, gdy zachodzi w naszej skórze – wszyscy jesteśmy, w pewnym sensie, żywymi laboratoriami chemicznymi. Cząsteczki DNA w naszej skórze wyewoluowały tak, że mogą naprawić swój skręcony przez słońce kształt za pomocą enzymu zwanego fotoliazą.

A takie cząsteczki, zdała sobie sprawę Han, były idealnymi kandydatami do systemu magazynowania energii. „Są bardzo, bardzo małe” – wyjaśnia. „I mogą magazynować ogromną ilość energii na jednostkę masy”.

W artykule opublikowanym w lutym ona i jej współpracownicy opisali najbardziej obiecujący jak dotąd system magazynowania energii tego rodzaju, przynajmniej pod względem gęstości energii. Był wystarczająco mocny, aby „bardzo mały czajniczek” w fiolce szybko odparował niewielką ilość wody, mówi Han.

Jej studenci, którzy przeprowadzili tę część badania, pospieszyli, by opowiedzieć jej, jak poszło. „Kiedy faktycznie zobaczyłam wideo i jak szybko cały roztwór się zagotował, to było naprawdę niezwykłe” – wspomina Han.

Podkreśla, że analizy komputerowe przewidujące działanie cząsteczki, wykonane przez jej współpracownika Kendalla Houka z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles i jego zespół, były kluczowe dla pracy.

Inny eksperymentator Most, Kasper Moth-Poulsen, który kieruje zespołami badawczymi na Politechnice w Barcelonie w Hiszpanii i innych instytucjach, nie brał udziału w badaniu, ale był pod wrażeniem wyników.

„Myślę, że nasze najlepsze systemy osiągały jeden megadżul [energii na kilogram]. Oni mieli, jak sądzę, 1,6, co jest naprawdę niesamowite” – mówi, odnosząc się do gęstości energii osiągniętej przez Han i jej współpracowników.

1,65 megadżula na kilogram odnotowane w ich lutowym artykule jest znacznie wyższe niż gęstość energii akumulatorów litowo-jonowych, obecnie najpopularniejszego typu baterii do telefonów i samochodów elektrycznych.

System Most, który wymyślili Han i jej współpracownicy, ma jednak pewne ograniczenia. Po pierwsze, długość fali światła powodująca zmianę kształtu cząsteczek w sercu układu wynosi 300 nanometrów – forma „bardzo ostrego UV [ultrafioletu]” – mówi John Griffin z Lancaster University. „To dociera do nas ze słońca, ale tylko w bardzo małych ilościach”.

Ponadto, wyzwalaczem używanym do odwrócenia kształtu skręconej cząsteczki w celu uwolnienia energii był kwas solny – silnie żrąca substancja, którą należy zneutralizować po użyciu. „Nie najbardziej idealny wybór” – przyznaje Han.

Mówi, że ma nadzieję, iż uda się poprawić responsywność systemu.