Nueva molécula para amplificar enormemente el potencial de la energía solar

El sol no solo es la fuente de energía más abundante conocida por el hombre, sino que es infinitamente renovable, siempre y cuando todavía esté allí. Continúa generando asombrosas cantidades de energía a diario, llueva o truene. La energía solar se puede recolectar y almacenar de muchas maneras diferentes, y el uso de la energía solar no emite gases de efecto invernadero, lo que puede ayudar a reducir el impacto del cambio climático. Por estas razones, la energía solar se está seleccionando cada vez más como la principal fuente de energía renovable. Es solo cuestión de tiempo hasta que la humanidad encuentre formas de utilizar la energía solar de manera más eficiente, como la innovación que se describe a continuación.

Manipulando la luz del sol

Hay dos tipos principales de energía solar: la fotovoltaica (PV) y la energía solar concentrada (CSP), también conocida como energía solar térmica. La energía fotovoltaica convierte la luz solar directamente en electricidad utilizando células solares en paneles solares. La energía solar concentrada utiliza la luz solar para calentar un fluido que genera vapor y acciona una turbina para crear energía. La fotovoltaica actualmente comprende el 98 % de la energía solar mundial, con CSP como el 2 % restante.

La fotovoltaica y la CSP varían en la forma en que se usan, la energía que se produce y los materiales que se usan en su construcción. La eficiencia de la energía que se produce con PV se mantiene constante con el tamaño del panel solar, lo que significa que usar un panel solar más pequeño sobre uno más grande no aumentará la tasa de producción de energía. Esto se debe a los componentes del Balance-of-System (BOS) que también se utilizan en los paneles solares, que incluyen el hardware, las cajas de conexiones y los inversores.

Con CSP, más grande es mejor. Como utiliza el calor de los rayos del sol, cuanta más luz solar se pueda recoger, mejor. Este sistema es muy similar a las centrales eléctricas de combustibles fósiles que se utilizan en la actualidad. La principal diferencia es que la CSP utiliza espejos que reflejan el calor de la luz solar para calentar fluidos (en lugar de quemar carbón o gas natural), lo que genera vapor para hacer girar las turbinas. Esto también hace que la CSP sea adecuada para plantas híbridas, como las turbinas de gas de ciclo combinado (CCGT), que utilizan energía solar y gas natural para hacer girar las turbinas y generar energía. Con CSP, la producción de energía de la energía solar entrante produce solo un 16 % de electricidad neta. La producción de energía CCGT produce aproximadamente un 55 % de electricidad neta, mucho más que la CSP sola.

Desde humildes comienzos

Anders Bo Skov y Mogens Brøndsted Nielsen de la Universidad de Copenhague están intentando desarrollar una molécula que sea capaz de recolectar, almacenar y liberar energía solar de manera más eficiente que la fotovoltaica o la CSP. Usando el sistema de dihidroazuleno/vinil hepta fulveno, DHA/VHF para abreviar, la pareja ha logrado grandes avances en su investigación. Un problema que encontraron inicialmente fue que a medida que aumentaba la capacidad de almacenamiento de las moléculas de DHA/VHF, disminuía la capacidad de retener la energía durante un período prolongado. Mogens Brøndsted Nielsen, profesor del Departamento de Química, dijo: “Independientemente de lo que hiciéramos para evitarlo, las moléculas volverían a cambiar de forma y liberarían la energía almacenada después de solo una o dos horas. El logro de Anders fue que logró duplicar la densidad de energía en una molécula que puede mantener su forma durante cien años. Nuestro único problema ahora es cómo conseguir que libere la energía de nuevo. La molécula no parece querer volver a cambiar su forma”.

Dado que la forma de la nueva molécula es más estable, puede retener la energía durante más tiempo, pero también hace que sea más fácil trabajar con ella. Hay un límite teórico a la cantidad de energía que puede contener una unidad determinada de moléculas, esto se llama densidad de energía. En teoría, 1 kilogramo (2.2 libras) de la llamada "molécula perfecta" puede almacenar 1 megajulio de energía, lo que significa que puede contener la cantidad máxima de energía y liberarla según sea necesario. Esta es aproximadamente la energía suficiente para calentar 3 litros (0.8 galones) de agua desde la temperatura ambiente hasta que hierva. La misma cantidad de moléculas de Skov puede calentar 750 mililitros (3.2 cuartos de galón) de temperatura ambiente a ebullición en 3 minutos, o 15 litros (4 galones) en una hora. Si bien las moléculas de DHA/VHF no pueden almacenar tanta energía como una "molécula perfecta", es una cantidad significativa.

La ciencia detrás de la molécula.

El sistema DHA/VHF está compuesto por dos moléculas, DHA y VHF. La molécula de DHA es responsable de almacenar la energía solar y VHF la libera. Lo hacen cambiando de forma cuando se les presentan estímulos externos, en este caso, la luz del sol y el calor. Cuando el DHA se expone a la luz solar, almacena la energía solar, al hacerlo, la molécula cambia su forma a la forma VHF. Con el tiempo, VHF acumula calor, una vez que ha acumulado suficiente, vuelve a su forma DHA y libera la energía solar.

Al final del día

Anders Bo Skov está bastante entusiasmado con la nueva molécula, y con razón. Aunque todavía no puede liberar energía, Skov dice: “Cuando se trata de almacenar energía solar, nuestra mayor competencia proviene de las baterías de iones de litio, y el litio es un metal venenoso. Mi molécula no libera ni CO2 ni ningún otro compuesto químico mientras trabaja. Es 'la luz del sol entra-apaga'. Y cuando la molécula se desgasta un día, se degrada a un colorante que también se encuentra en las flores de manzanilla”. La molécula no solo se usa en un proceso que libera poco o ningún gas de efecto invernadero durante su uso, sino que cuando finalmente se degrada lo hace en un químico inerte que se encuentra naturalmente en el medio ambiente.