The Clean Energy Project (Проект Чистая Энергия)

Поскольку население растет и уровень жизни в развивающихся странах поднимается, количество энергии, которую расходует мир к 2050 году, вероятно, удвоится, достигнув 30 ТВТ. Однако, производство электроэнергии в мире будет неспособно удовлетворить эти увеличившиеся потребности. Нефтяные и гидроэлектрические источники энергии уже сейчас испытывают нехватку горючего, энергия ветра недостаточна, чтобы удовлетворить наши потребности, из-за использования газа, угля и атомной энергии имеются серьезные экологические проблемы с окружающей средой.

В результате большое число ученых сосредотачивает внимание на био- и солнечных источниках энергии. Но биоисточники энергии также имеют ограничения. Для использования современных биоисточников, таких как биодизель, требуется отдать 20% доступной поверхности земли для удовлетворения новых потребностей в энергии, и результатом будут разрушительные экологические и социальные последствия. Таким образом, солнечная энергия предлагает самый жизнеспособный выбор. Солнце - легко доступный ресурс, а использование его энергии оставит намного меньший след в экологии; используя только 0.16 % поверхности земли, мир может производить приблизительно 18 ТВТ энергии!

Однако, ученые еще не нашли оптимальный материал для преобразования этого огромного количества энергии в электричество. Энергия света преобразовывается в электроэнергию с помощью устройств, называемых солнечными или фотоэлектрическими ячейками. В настоящее время основные материалы, используемые для солнечных ячеек, основаны на кремниевых полупроводниковых технологиях. Эти обычные солнечные ячейки могут собрать целых 24 % поступающей солнечной энергии; к сожалению, изготовление таких эффективных устройств требует высоких температур и особых производственных условий, что приводит к относительно высоким издержкам производства.

С целью поиска недорогих возобновляемых источников энергии ученые в компаниях и университетах во всем мире сейчас сосредоточились на разработке солнечных ячеек, основанных на органических молекулах, которые составлены прежде всего из углерода и других легких атомов, таких как азот или кислород. Эти материалы потенциально могут объединить электронные свойства обычных полупроводников с превосходными механическими и эксплуатационными свойствами полимерных, или "пластиковых", материалов.

Хотя у этих органических солнечных ячеек возможно и нет той такой высокой производительности, как у кремния (собирающего целых 6.5% поступающей солнечной энергии, как объявлено в прошлом году Нобелевским Лауреатом Аланом Хигером, профессором физики университета Калифорнии в Санта-Барбаре), они могут быть химически изменены для повышения эффективности. Действительно, потенциальное число молекул, которые могут использоваться в органической солнечной ячейке, ограничено только воображением химика-синтетика. В этом отношении органические молекулы могут быть объединены в невероятном количестве способов построения миллионов и миллионов различных молекул. В то время, как некоторые из этих молекул не будут эффективны, небольшая часть может обеспечить ответ, который мы ищем, чтобы удовлетворить требования современного мирового общества в энергии.

World Community Grid и The Clean Energy Project организовывают действующую лабораторию для построения тысяч органических соединений, чтобы обнаружить те, которые являются лучшими кандидатами для будущих исследований солнечных ячеек. При помощи World Community Grid новые молекулярные материалы с определенными свойствами будут разработаны в программной среде, вместо того, чтобы фактически синтезировать и проверять молекулы в ходе химического эксперимента. Таким образом вместо того, чтобы измерять чувствительность молекул к солнечному свету, ученые из группы Aspuru-Guzik в Гарвардском университете будут рассматривать расчетные молекулярные свойства и оценить их работу в качестве солнечных ячеек. Для успеха необходимо будет достигнуть высших уровней точности, доступных в современных вычислительных методах химии - и это должно быть проделано для десятков тысяч молекул.

Пластиковые материалы сделаны из полимеров - химических соединений, созданных из тысяч молекул, связанных от начала до конца. Проект начнется с небольшого количества связок, изменяя каждый с использованием различными химических замещений, а также изменяя размер измененных молекулярных комплексов, что приведет к десяткам тысяч структур для изучения. Первая фаза позволит исследователям определить общие электронные свойства этих молекул.

После завершения этой стадии ученые будут в состоянии выбрать несколько десятков многообещающих кандидатов. Эти кандидаты подвергнутся чрезвычайно детальным моделированиям, которые раскроют их свойства преобразования энергии, включая эффекты температуры и окружающей среды.

Персональные компьютеры добровольцев World Community Grid вычислят множество механических и классических свойств каждой из этих молекул для определения лучших кандидатов на использование в следующем поколении собирающих свет устройств.

После того, как эти огомные объемы вычислений будут завершены, проект будет в состоянии опознать несколько предполагаемых финалистов, которые будут переданы другим экспериментальным исследователям для фактического синтеза и реального тестирования в лаборатории.

В конечном счете, с поддержкой World Community Grid, ученые рассчитывают создать подходящие материалы для производства эффективных и недорогих солнечных ячеек, которые будут служить жизнеспособными решениями для наших будущих потребностей в энергии.

Украинская команда в составе 200 человек сейчас занимает почетное место в топ-150 команд из 20000. Прочитать больше информации о проекте, а также вступить в команду вы можете на нашем форуме The Clean Energy Project