Солнце иногда светит и в Бостоне, но не так, как здесь.

Когда несколько лет назад профессор химии Грейс Хан впервые приехала из Бостона в Южную Калифорнию, она заметила разницу. Как её кожа начинала покалывать первыми признаками раздражения всего через несколько часов на улице.

В прошлом году она переехала на работу в Калифорнийский университет в Санта-Барбаре и начала регулярно носить широкополую шляпу, солнечные очки и обильно пользоваться солнцезащитным кремом. Будучи профессором химии, она уже провела своё исследование.

«Я просто читала о фотохимии ДНК — для удовольствия», — вспоминает она.

Именно тогда она поняла, что молекулы ДНК в коже людей, которые повреждаются при солнечном ожоге, могут ей помочь. Эти молекулы меняют форму под воздействием солнца, изгибаясь в напряжённую версию своей обычной формы.

Десятилетиями учёные искали молекулы, способные скручиваться, запасая энергию, а затем возвращаться в исходную форму, высвобождая накопленную энергию по требованию.

Примерно как установка и последующий спуск мышеловки. Это называется молекулярным солнечным тепловым (Most) накоплением энергии и потенциально является очень дешёвым и безуглеродным способом получения тепла. Такие системы Most могут хранить энергию в течение многих месяцев или даже лет.

Ранее исследователи добивались ограниченных успехов с этой технологией, но, благодаря калифорнийскому солнцу, Хан знала, что попробовать дальше.

Важно активировать изменение формы энергонакопительных молекул плавным и повторяемым образом.

К счастью, миллионы лет эволюции отточили этот процесс, когда он происходит в нашей коже — мы все, в некотором смысле, живые химические лаборатории. Молекулы ДНК в нашей коже эволюционировали так, что могут восстанавливать свою искажённую солнцем форму с помощью фермента фотолиазы.

И такие молекулы, поняла Хан, были идеальными кандидатами для системы хранения энергии. «Они очень, очень маленькие, — объясняет она. — И могут хранить огромное количество энергии на единицу массы».

В статье, опубликованной в феврале, она и коллеги описали самую многообещающую систему хранения энергии такого рода на сегодняшний день, по крайней мере, с точки зрения её энергетической плотности. Она была достаточно мощной, чтобы «очень маленький чайник» в пробирке быстро вскипятил небольшое количество воды, говорит Хан.

Её студенты, проводившие эту часть исследования, поспешили рассказать ей, как всё прошло. «Когда я на самом деле увидела видео и как быстро весь раствор закипел, это было действительно замечательно», — вспоминает Хан.

Она подчёркивает, что компьютерные анализы, предсказывающие, как поведёт себя молекула, выполненные её сотрудником Кендаллом Хоуком из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и его командой, были решающими для работы.

Коллега-экспериментатор Most Каспер Мот-Поульсен, руководящий исследовательскими группами в Политехническом университете Барселоны в Испании и других учреждениях, не участвовал в исследовании, но был впечатлён результатами.

«Я думаю, наши лучшие системы давали один мегаджоуль [энергии на килограмм]. У них было, я думаю, 1,6, что действительно потрясающе», — говорит он, имея в виду энергетическую плотность, достигнутую Хан и её коллегами.

Зафиксированные в их февральской статье 1,65 мегаджоуля на килограмм значительно превышают энергетическую плотность литий-ионных аккумуляторов, в настоящее время самого популярного типа батарей для телефонов и электромобилей.

Система Most, которую придумали Хан и её коллеги, имеет некоторые ограничения. Во-первых, длина волны света, заставляющая молекулы в основе установки менять форму, составляет 300 нанометров — форма «очень жёсткого УФ [ультрафиолетового] излучения», — говорит Джон Гриффин из Ланкастерского университета. «Оно доходит до нас от солнца, но в очень малых количествах».

Кроме того, триггером для обратного изменения формы искажённой молекулы с целью высвобождения энергии была соляная кислота — сильно коррозионное вещество, которое необходимо нейтрализовать после использования. «Не самый идеальный выбор», — признаёт Хан.

Она говорит, что надеется на возможность улучшить отзывчивость системы.