Kako se čuva toplina, posebice ona Sunčeva, zna svatko tko grije vodu na suncu: danju se voda grije, a noću troši. Umjesto vode može se zagrijavati i kamenje, zidovi kuće, balkoni i terase – na radost ili žalost vlasnika. Takvo čuvanje topline temelji se na toplinskom kapacitetu, koji za najbolji spremnik topline, vodu, iznosi 4,2 J g^-1 K^-1   (ili 4,2 kJ kg^-1 K^-1 ) što znači da se u jednom gramu vode može pohraniti 4,2 J energije ako se taj gram zagrije za jedan kelvin (K) ili stupanj Celsiusa (^oC). Taj podatak kazuje, da damo jednostavan primjer, da u spremniku od stotinu litara možemo pohraniti 16.800 kJ (4,7 kWh) toplinske energije ako vodu u njemu zagrijemo za 40 ^oC (recimo od 20 na 60 ^oC).

Umjesto toplinskog kapaciteta vode, mnogo je bolje iskorištavati njezinu latentnu  toplinu taljenja. Da bi se rastalio jedan gram leda treba utrošiti 334 J, što znači da se jednim gramom leda može rashladiti osam grama (mililitra) vode za 10 ^oC (pa je stoga suvišno za ljetnih vrućina puniti čašu do vrha ledom, što neuki čine). To je dobro i nije dobro. Čuvanje topline u ledu dobro je za hlađenje, ali ne i za grijanje. Za to, drugo, može se koristiti latentna toplina taljenja parafina, obično 180 kJ/kg, koja je upola manja od latentne topline taljenja leda. Parafin nije čista tvar nego homogena smjesa, smjesa ugljikovodika (alkana), pa se njegovo talište može prilagoditi potrebama – od 10 (parafinsko ulje) do 70 ^oC. O sastavu smjese ovisi i latentna toplina koja se kreće od 150 do 250 kJ/kg. No time znanost nije rekla posljednju riječ.

Kada sam prvi put čuo za uspjeh kineskih znanstvenika objavljen u časopisu Angewandte Chemie pod naslovom „Spatiotemporal utilization of latent heat in erythritol-based phase change materials as solar thermal fuels“ te navlaš pročitao njegov sažetak, nisam bio suviše impresioniran: oni su naime napravili smjesu polimera s latentnom toplinom od 224 kJ/kg, dakle ništa većom od latentne topline taljenja parafina. Kad bi samo to bilo, uzalud su se trudili. No, nije bilo samo to.

No počnimo iz početka. Njihov se kompozitni materijal sastoji od dva polimera, poliakrilamida (PAM) i polidopamina (PDA) te jednog četverovalenog alkohola, eritritola (ERY), koji se između ostalog koristi kao sladilo, zamjena za šećer. Taj alkohol, eritritol, ima svoje talište (121 ^oC), pa stoga i latentnu toplinu taljenja, no dva rečena polimera (PAM i PDA) mu umnogome mijenjaju svojstva jer – kako se vidi na slici – on se s njima veže vodikovim vezama.

Povezivanje eritritola s polimerima čini njihovu smjesu, točnije kompozitni materijal ERY-PAM-PDA, jedinstvenim. Prije svega on sprječava spontanu kristalizaciju eritritola prilikom hlađenja. Osim toga, ono najvažnije, kompozit kineskih znanstvenika ne otpušta toplinu kada se ohladi na temperaturu tališta (poput vode ili parafina) nego tek kada ga se nečim izvanjskim stimulira. To „nešto“ može biti toplina ili tlak.

Djeluje nevjerojatno, ali se upravo to događa: stavite li hladni kompozit ERY-PAM-PDA na ploču ugrijanu na 50 ^oC, temperatura će mu za 16 minuta porasti na 75 ^oC. Stavite li ga pak u hermetički zatvorenu posudu, temperatura će mu se spontano povisiti (za 11 minuta) od 11 na 87 ^oC. Energija ni iz čega, perpetuum mobile? Ne, nego suptilna igra međumolekulskih interakcija i, ono najvažnije (što nisam rekao jer se podrazumijeva): prije ovih „čudesnih“ oslobađanja toplinske energije novi kompozitni materijal mora biti zagrijan Sunčevom svjetlošću.

Taj novi uvjet, izravno zagrijavanje Suncem, još je jedna vrlina novog materijala. Jer i za grijanje vode i za grijanje parafina trebaju solarni kolektori. Drugim riječima, spremnici vode ili parafina skladište energiju koja je skupljena nekim drugim uređajem. No to nije slučaj s kompozitom ERY-PAM-PDA koji izvrsno apsorbira Sunčevo zračenje u vidljivom području. Drugim riječima, ERY-PAM-PDA služi i kao kolektor Sunčeva zračenja i kao spremnik topline. Usto mu ne treba toplinska izolacija da spriječi gubitak topline, kao u slučaju spremnika s toplom vodom, ili da spriječi ukrućivanje, kristalizaciju, kao u slučaju spremnika s parafinom.

Što na kraju reći? Riječ je o novom materijalu iz serije PCM (phase change materials), što znači da se takve tvari naveliko istražuju. Stoga ERY-PAM-PDA nije posljednja riječ znanosti i tehnologije. Bit će toga još.

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 i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik časopisa Priroda ta urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je oko 3000 znanstveno-popularnih članaka i 16 znanstveno-popularnih knjiga. Posljednje dvije su „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“ i  „Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti“.