- Cercetători de la UC Santa Barbara și UCLA au demonstrat un sistem de stocare termică moleculară (MOST) care poate acumula energia solară într-un lichid și o poate elibera luni mai târziu
- Molecula, inspirată de reacțiile produse de radiațiile UV asupra ADN-ului, funcționează ca o „baterie chimică” reîncărcabilă
- Sistemul atinge o densitate de stocare de aproximativ 1,65 MJ/kg, peste multe materiale similare testate anterior
- Forma „încărcată” a moleculei poate rămâne stabilă până la circa 481 de zile la temperatura camerei
- Tehnologia este promițătoare, dar limitată de absorbția predominantă în UV și de eficiența scăzută a conversiei fotonilor
Aproape jumătate din energia consumată la nivel global este folosită pentru încălzire – fie că vorbim despre locuințe, apă caldă sau procese industriale. Două treimi din această energie provin încă din combustibili fosili.
Energia solară este o alternativă evidentă, însă apare o problemă practică: soarele nu strălucește la comandă. În timp ce electricitatea poate fi stocată relativ eficient în baterii litiu-ion, stocarea căldurii pe termen lung este mult mai dificilă. Rezervoarele cu apă fierbinte pierd temperatură în timp, iar soluțiile sezoniere sunt complexe și costisitoare.
De aici interesul pentru sisteme care pot „împacheta” energia solară direct în legături chimice — și o pot elibera atunci când este nevoie.
O moleculă inspirată din arsurile solare
Într-un studiu publicat în revista Science, cercetători de la University of California, Santa Barbara și UCLA au prezentat un progres în domeniul molecular solar thermal (MOST) — o tehnologie aflată de decenii în căutarea materialului ideal.
Inspirația vine din biologie. Expunerea excesivă la radiații UV poate provoca modificări structurale în ADN. Unele dintre aceste modificări implică transformarea unei baze azotate într-o formă „tensionată”, numită izomer Dewar. Revenirea la forma stabilă eliberează energie sub formă de căldură.
Echipa a sintetizat o moleculă pe bază de pirimidonă — înrudită chimic cu timina din ADN — care poate suferi o transformare similară. Sub acțiunea luminii, molecula se „răsucește” într-o formă bogată în energie. Când este declanșată cu un catalizator, revine la forma inițială și eliberează căldură.
Pe scurt, lichidul funcționează ca o baterie termică reîncărcabilă.
Câtă energie poate stoca și cât rezistă
Performanța raportată este de aproximativ 1,65 megajouli pe kilogram (MJ/kg) — o valoare superioară multor materiale MOST anterioare și comparabilă sau chiar peste densitatea gravimetrică tipică a bateriilor litiu-ion.
Un avantaj important este că sistemul poate fi formulat ca lichid la temperatura camerei, ceea ce îl face ușor de pompat și integrat într-un circuit închis. Spre deosebire de alte materiale care necesită solvenți toxici, această formulă este compatibilă cu apa, reducând riscurile practice.
Mai impresionant este nivelul de stabilitate: pentru unele variante, timpul de înjumătățire al formei „încărcate” ajunge la aproximativ 481 de zile la temperatura camerei. În teorie, energia acumulată în iulie ar putea fi utilizată în ianuarie.
Cercetătorii au testat sistemul în 20 de cicluri încărcare–descărcare, cu degradare minimă — un pas important pentru viabilitatea pe termen lung.
Unde se împotmolește tehnologia
Prototipul nu este încă pregătit să încălzească locuințe la scară largă. Există trei provocări majore.
Prima ține de spectrul solar: molecula absoarbe eficient mai ales radiația UV (în jur de 300–310 nm), care reprezintă doar o mică parte din energia solară ce ajunge la suprafața Pământului. Lumina vizibilă și infraroșul — porțiunea cea mai abundentă — trec în mare parte neutilizate.
A doua problemă este randamentul cuantic: doar o mică parte din fotonii absorbiți duc efectiv la transformarea moleculei în forma „încărcată”. Restul energiei se pierde sub formă de căldură imediată.
A treia provocare este legată de catalizatorul acid utilizat pentru eliberarea energiei. Într-un sistem real, acesta ar trebui gestionat fără a complica instalația sau a reduce densitatea energetică.
Între promisiune și realitate
Tehnologia MOST este studiată de peste 40 de ani, dar rareori a oferit combinația potrivită de densitate energetică, stabilitate și aplicabilitate practică. Noua moleculă pe bază de pirimidonă reprezintă unul dintre cele mai solide progrese din domeniu.
Pentru a deveni o soluție reală de stocare sezonieră a energiei solare, următorii pași vor trebui să includă molecule care absorb o porțiune mai mare din spectrul solar și care convertesc lumina cu o eficiență mai mare.
Deocamdată, „soarele la sticlă” rămâne un concept în laborator — dar unul care începe să arate din ce în ce mai serios.