På mindre än åtta timmar, tillräckligt med solljus träffar jorden för att möta alla mänsklighetens energibehov i ett år.

Enligt forskning publicerad av International Energy Agency, världen förbrukade 18,3 terawattår (TWy) energi 2014. Det tar bara åtta timmars solljus för att kunna producera 21 TWy solenergi. Och kostnaden för att producera den har sjunkit dramatiskt de senaste åren.

Så varför använder vi inte det för att driva hela planeten?

Huvudfrågan är lagring. Solen skiner inte på natten, så energin måste lagras tills människor behöver använda den.

Eftersom kostnaden för att producera energin har sjunkit-en Lawrence Berkeley National Lab-studie från 2016 visade att kostnaderna för solprojekt i USA hade sjunkit med två tredjedelar sedan 2009-har efterfrågan ökat. Som ett svar, verktyg har installerat två och en halv gånger mer solteknik än bostäder och kommersiella konsumenter tillsammans.

Våra nuvarande lagringsalternativ kan inte hänga med.

Användningsskaliga solceller kräver stor lagring. I Australien, Tesla installerade nyligen ett massivt litiumjonbatteri för att lagra förnybar energi, men litium är inte en obegränsad resurs, och batterier är inte idealiska för alla situationer - många albaner vet att litiumjonbatterierna i deras telefoner inte gillar kylan. Om vi ​​planerar att flytta hela världen till källor som sol och andra förnybara energikällor, vi behöver flera sätt att lagra strömmen.

När forskningsinitiativet University of Alberta Future Energy Systems på 75 miljoner dollar lanserades i slutet av 2016, att hantera detta problem var en stor prioritet.

Bland forskarna som får finansiering från initiativet finns kemisten Steve Bergens. Han arbetar med ett verktyg i stor skala som skulle kunna dra nytta av befintlig infrastruktur och spara kemiska batterier för mindre användningsområden.

"Koldioxid och vatten finns överallt, "förklarade han." Vi kan kombinera dem med solljus och lagra solenergi som bränsle. "

Lagring av solenergi i syntetiska bränslen

"Bränslen förekommer naturligt, så vissa människor kanske inte tänker på dem som en lagringsteknik, "Förklarade Bergens." Men som batterier, bränslen låter oss bära lagrad energi var vi än behöver och få tillgång till den när vi vill. "

Dagens vanligaste bränslen är kolväten som naturgas. När dessa kolväten bränns, kolet släpps ut i atmosfären som växthusgasen CO2. För att undvika CO2, vi kunde anpassa hela vårt energisystem för att bränna rent väte, men Bergens tycker att förslaget inte är realistiskt på kort sikt.

"Vi har lagt ner decennier och mycket pengar på att bygga ett system som fungerar med kolväten, så det är inte rimligt att förvänta sig att allt förändras på en gång, "sa han." Men tänk om istället för att släppa ut koldioxid i atmosfären, vi fångar upp och kombinerar det med vatten och solenergi för att göra återanvändbara kolvätebränslen? "

Bergens skisserar den kemiska processen på hans svarta tavla:"När den bränns, naturgas och syre från luften bildar vatten, koldioxid och energi. "

Teoretiskt sett den processen kan vändas:solljus kan appliceras på vatten och koldioxid, skapa syntetisk naturgas med rent syre som en biprodukt. När bränslet bränns, koldioxiden skulle aldrig behöva släppas ut - bara fångas upp och återvinns för att göra mer syntetiskt bränsle.

Formlerna checkar ut, men få saker är lika enkla som de ser ut på en tavla.

Bygga överkomliga molekyler

Mona Amiri är en postdoktor som arbetar med teamet i Bergens laboratorium för att utveckla katalysatorer som kan få tavlans reaktion att hända i verkliga livet.

Bygga på atomnivå och modulärt, hon och eleverna Chao Wang och Octavio Perez skapar enstaka molekyler som var och en utför en individuell funktion i den övergripande processen. Dessa molekyler kan optimeras och studeras separat, monteras sedan enkelt som byggstenar-eller till och med självmonteras-för att fungera som en enhet.

Detta tillvägagångssätt gör att laget snabbt kan identifiera svaga punkter, byta enskilda komponenter och så småningom minska konstruktionskostnaderna genom att genomföra hela processen i en enhet. Men det är bara meningsfullt om katalysatorerna och komponenterna är överkomliga.

"De flesta katalysatorer vi känner till som kan uppnå detta är baserade på kostsamma metaller som platina och iridium, "Påpekade Amiri." Vi använder dem för närvarande för att validera principerna, men vi måste hitta fler rikliga alternativ för utbredd adoption. "

Med det i åtanke, Amiri och teamet utvecklar nya katalysatorer baserade på vanliga element som järn. Hittills har dessa mer vanliga molekyler inte visat sig vara så effektiva eller långvariga, men hon är övertygad om att de kan förädlas till användbara alternativ.

"Det kommer att bli nödvändigt att blanda effektivitet, livslängd, prisvärdhet och tillgänglighet, " Hon sa.

När hon och Bergens team hittar rätt balans, den resulterande tekniken kan vara en avgörande språngbräda.

En övergångsteknik

Med rätt katalysatorer, naturgasanläggningar runt om i världen skulle kunna bygga solbränsleverk bredvid dem, fånga upp koldioxid och reagera med vatten och solljus. Resultatet kan bli ett helt slutet kolsystem där anläggningarna genererar kraft genom förbränning, men CO2 släpps aldrig ut i atmosfären.

"Detta kommer inte att hända imorgon, "Bergens sa." Men på medellång sikt, det kan köpa oss tid att rulla ut nya bränslen som använder något annat än kol. "

Bergens har några idéer om hur det nya bränslet kan se ut. Han ritar en molekyl på sin svarta tavla som binder väte med ett annat gemensamt element, och skulle inte avge annat än vatten vid förbränning - men sedan raderar han det snabbt.

"Det är längre i framtiden, "sa han med ett leende." Men det fungerar på svarta tavlan. "