कार्यक्षम सौरऊर्जा ग्रहणासाठी द्विमितीय स्फटिक विकसित

एमआयटी येथील संशोधन, सौरऊर्जेचे पूर्ण क्षमतेने करता येईल ग्रहण, साठवण 

अमेरिकेतील एमआयटी येथील अभियंत्यांनी द्विमितीय डायइलेक्‍ट्रिक प्रकाश ग्रहण करणारे धातूचे स्फटिक विकसित केले आहे. या वैशिष्ट्यपूर्ण रचनेमुळे स्फटिक विविध कोनातून येणारा सूर्यप्रकाश ग्रहण करतानाच अधिक उष्णतेमध्ये कार्यरत राहून ऊर्जेची साठवण करू शकेल. हे संशोधन "जर्नल ऍडव्हान्स्ड मटेरिअल्स' मध्ये प्रकाशित करण्यात आले आहे.
सौरऊर्जेचे रूपांतर उष्णता ऊर्जेमध्ये करताना पदार्थावर पडणारी प्रकाशाची सर्व तरंगलांबीची ऊर्जा ग्रहण करणे आवश्‍यक असते. अर्थात, ही झाली आदर्श स्थिती. मात्र, प्रकाश ग्रहणासाठी वापरलेल्या कोणत्याही पदार्थातून उष्णतेचे उत्सर्जन होऊन काही ऊर्जा वाया जाते. हे टाळण्यासाठी एमआयटी येथील जेफ्री चाऊ, मरिन सोलजासिस, निकोलस फॅंग, एव्हालिन वांग आणि सांग गुक किम या अभियंत्यांनी धातूपासून द्विमितीय डायइलेक्‍ट्रिक फोटोनिक क्रिस्टल तयार केला आहे. तो विविध कोनातून पडणारा सूर्यप्रकाश ग्रहण करतानाच त्या वेळी निर्माण होणारी उष्णता सहन करू शकतो. हा पदार्थ मोठ्या प्रमाणात व स्वस्तामध्ये तयार करणे शक्‍य आहे.

काय घडते यात?

सौरऊर्जा ही पहिल्यांदा उष्णतेमध्ये बदलली जाते. त्यामुळे हा पदार्थ चमकू लागतो. त्यात बाहेर पडणाऱ्या प्रकाशातूनही पुन्हा ऊर्जा मिळविता येते. त्याचे रूपांतर विद्युत ऊर्जेमध्ये करणे शक्‍य आहे. या प्रकारच्या उपकरणाला सौर-उष्मा फोटो व्होल्टाईक solar-thermophotovoltaic (STPV) असे म्हटले जाते. 
या गटातील काहीजण STPV निर्मितीमध्ये कार्यरत होते. त्यांनी पोकळ अशा माध्यमात असलेल्या हवेतून उष्णता वहन करण्याचा प्रयत्न केला होता. मात्र, त्यात बदल करीत पुढील टप्प्यामध्ये पोकळीमध्ये डायइलेक्‍ट्रिक घटकांचा वापर केला. त्यामुळे पदार्थाच्या गुणधर्मामध्ये आश्‍चर्यकारक फरक दिसून आले. त्याविषयी माहिती देताना संशोधक जेफ्री चाऊ म्हणाले, की सूर्यप्रकाशातील योग्य त्या तरंगलांबीचा प्रकाश ग्रहण करणे व त्याचे योग्य वेळी उत्सर्जन करणे ही STPV उपकरणासाठी आवश्‍यक असते.

कार्यक्षमता वाढविण्यासाठी हे बदल केले...

संशोधक जेफ्री चाऊ म्हणाले, की 
1. आपल्यापर्यंत पोचणारी सौरऊर्जा ही एका विशिष्ट तरंगलांबीमध्ये असते. ऊर्जेच्या ग्रहणासाठी अतिसूक्ष्म तंत्रज्ञानाचा वापर वाढत आहे. या अतिसूक्ष्म पोकळ्यामध्ये किंचित बदल केल्यास वेगळ्या तरंगलांबीचे ग्रहण शक्‍य होते. 
2. नवीन पदार्थांचा वापर - निर्मितीमध्ये विविध तंत्रज्ञानाचा व पदार्थांचा वापर करीत सिलिकॉन वेफर्सच्या काही सेंटिमीटरपासून 12 इंचापर्यंत पदार्थ प्रयोगशाळेमध्ये तयार केले जात आहेत. मात्र, त्यांच्या व्यावसायिक निर्मिती शक्‍य आहे का, याचा विचार आवश्‍यक आहे. 
3. या पद्धतीचा अधिक फायदा घेण्यासाठी आरशांच्या साह्याने सूर्यप्रकाशाचे एकत्रीकरण करणे आवश्‍यक आहे. हा पदार्थ अत्युच्च उष्णतेमध्ये चांगल्याप्रकारे कार्यरत राहिला पाहिजे, त्याचा ऱ्हास होता कामा नाही. नवीन पदार्थ 1000 अंश सेल्सिअस (1832 अंश फॅरनहिट) तापमानापर्यंत सलग 25 तासांपर्यंत कोणताही ऱ्हास न होता राहू शकतो. 
4. विविध कोनातून सूर्यप्रकाशाचे ग्रहण करीत असल्याने सोलर ट्रॅकर पद्धतीची आवश्‍यकता नाही. सध्या सोलर ट्रॅकरसाठी मोठ्या प्रमाणात खर्च होतो. 
5. सिद्धांत मांडताना त्यांनी अधिक उष्णतेत टिकणारा रुथेनियम हा महागडा धातू वापरला असला, तरी अन्य धातूपासूनही असे स्फटिक बनविणे शक्‍य आहे.

संशोधनाचे वैशिष्ट्य काय?

इलिनॉईस विद्यापीठातील पदार्थशास्त्र व अभियांत्रिकी विभागातील प्रा. पॉल ब्रौन म्हणाले, की या संशोधनामध्ये सौरऊर्जेच्या ग्रहणासाठी अत्याधुनिक प्रकाश अभियांत्रिकी व पदार्थ विज्ञानातील अनेक शक्‍यतांचा विचार केला आहे. उच्च तापमानालाही तग धरू शकेल आणि त्यात प्रकाश उष्णता ग्रहण करण्याची क्षमता असेल, अशी प्रणाली निर्मितीचा हा प्रयत्न आहे. अर्थात, प्रत्यक्षामध्ये सौर सेल निर्मितीमध्ये त्यांचा वापर करताना नेमक्‍या क्षमता पुढे येतील.

स्त्रोत: अग्रोवन