Da je netko rekao „čuvene“ Einsteinove 1905. godine da se u ne tako dalekoj budućnosti fotoelektričnim efektom – za čije je objašnjenje Einstein dobio Nobelovu nagradu (ne za teoriju relativnosti!) – moći dobivati električna energija, rekli bi mu da fantazira. Da je šezdesetih godina prošloga stoljeća netko rekao da će se „u budućnosti“ fotonaponske ploče nalaziti na krovu svake kuće, rekli bi mu da sanja – i to s dobrim razlogom. Kada su se naime 1954. godine pojavile prve takve ploče, cijena im je bila oko 10.000 ondašnjih dolara po vatu vršne snage (snage pri maksimalnom osvjetljenju, Wp), pa ih se moglo vidjeti samo na umjetnim satelitima prije njihova puta u putanju oko Zemlje. Nakon deset godina cijena im je pala deset puta, na 1000 $/Wp – danas stoje oko 10 eura po vatu vršne snage. Stupanj pretvorbe Sunčeve energije u električnu im je 13-14 %, a to je stupanj iskorištenja otprilike jednak onome što su ga imali parostrojevi parnjača s divljeg zapada. Je li to kraj?

Je li kraj razvoju fotonaponskih ploča na bazi silicija, ne bih znao reći, no može lako biti da smo blizu njihovom tehničkom limitu. Mnogo se ulaže u razvoj fotonaponskih elemenata na bazi perovskita (CaTiO₃), a tko zna hoće li se i kada će se pronaći i od njega bolji materijal. Tehnički razvoj ne može se predvidjeti.

No nešto se novo iza brda valja. Riječ je o novim metodama za izravno pretvaranje energije Sunčeva zračenja u električnu energiju. Jedna od tih metoda temelji se na fotoelektromehaničkom efektu (PME), o čemu čitamo  u znanstvenom radu „Photomechanoelectric nanogenerator“ što je objavljen u časopisu Matter.

Iza riječi „nanogenerator“ (NG) krije se polimer, točnije kopolimer aminobenzena i imidazola, koji je usto ionska tekućina. To znači da je zapravo ionski spoj, tvar sastavljena od aniona i kationa. U ovom slučaju kation je molekula polimera, točnije njezini imidazolski prsteni, dok je anion ion klora, Cl^-. Kada se osvijetli, rečeni kopolimer prelazi promjenom geometrije dvostruke veze iz konfiguracije trans u konfiguraciju cis. Pri tome otpušta anione Cl^- vezane za imidazolske prstene. Time dolazi do separacije naboja, do stvaranja unutrašnjeg električnog polja (E), koje inducira negativni naboj (elektrone) na osvjetljenoj elektrodi. Elektroni potom prelaze na drugu, neosvijetljenu elektrodu uređaja. Kažem „uređaja“ da odmah ne kažem kakvog „uređaja“ – jer iz njegova se opisa vidi da se sastoji od dvije vodljive pločice odvojene izolatorom, u čemu će svatko prepoznati kondenzator (ako mu, razumije se, elektronika nije knjiga sa sedam pečata).  

No kada elektroni prijeđu s osvijetljene na neosvijetljenu stranu nanogeneratora, a strujni se krug prekine, anioni će opet doći bliže kationima. Kada se strujni krug ponovo uspostavi, elektroni će se opet gibati, ali u suprotnom smjeru. Rezultat: fotomehanoelektrični nanogenerator (PME-NG) neće davati istosmjernu, kao što je daju fotonaponske ploče, nego izmjeničnu struju.

Već samo to, činjenica da novi pretvarač Sunčeve svjetlosti daje električnu struju u onom obliku u kojem se može izravno koristiti u kućanstvu, vrijedno je svake hvale. Još je vrjedniji hvale podatak da se tako može, fotomehanoelektrički, u električnu energiju pretvoriti čak 86 % svjetlosne energije – što je šest puta više od sposobnosti pretvaranja upotrebom fotonaponskih ploča (da je još jedanput više došli bi do teoretskog limita od 100 %). Dobiveni napon ovisi o intenzitetu: pri gustoći zračenja 3,14 mW/cm² (31 W/m²) napon iznosi 5,8 V uz jakost struje 0,25 mA/cm².

I sve bi bilo lijepo da ljepše ne može biti da nije činjenice da se sve to događa pri osvjetljivanju ultraljubičastim zračenjem s točno određenom valnom duljinom, naime 254 nm, jer samo pri toj valnoj duljini dolazi do prelaska oblika cis, u oblik trans polimerne molekule. Stoga ćemo na dobivanje električne energije fotomehanoelektričnim nanogeneratorima trebati još pričekati.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji; član je društva ProGeo-Hrvatska i Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 15 znanstveno-popularnih knjiga, posljednje dvije su „Kemija – muza arhitekture“ (u koautorstvu sa Zvonkom Pađanom) i „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.