Nova molécula para amplificar enormemente o potencial da enerxía solar

O sol non só é a fonte de enerxía máis abundante que coñece o home, senón que é infinitamente renovable, sempre que siga aí. Continúa xerando cantidades asombrosas de enerxía a diario, con choiva ou sol. A enerxía solar pódese recoller e almacenar de moitas formas diferentes, e o uso da enerxía solar non emite gases de efecto invernadoiro, o que pode axudar a reducir o impacto do cambio climático. Por estes motivos, a enerxía solar é cada vez máis seleccionada como fonte principal de enerxía renovable. É só cuestión de tempo ata que a humanidade atope formas de utilizar a enerxía solar de forma máis eficiente, como a innovación que se describe a continuación.

Manipulación da luz solar

Hai dous tipos principais de enerxía solar: a fotovoltaica (PV) e a enerxía solar concentrada (CSP), tamén coñecida como enerxía solar térmica. A fotovoltaica converte a luz solar directamente en electricidade usando células solares en paneis solares. A enerxía solar concentrada utiliza a luz solar para quentar un fluído que xera vapor e alimenta unha turbina para crear enerxía. A fotovoltaica comprende actualmente o 98% da enerxía solar global, sendo o CSP o 2% restante.

PV e CSP varían na forma en que se usan, na enerxía que se produce e nos materiais que se utilizan na súa construción. A eficiencia da enerxía que se produce coa fotovoltaica mantense constante co tamaño do panel solar, o que significa que usar un panel solar máis pequeno sobre un maior non aumentará a taxa de produción de enerxía. Isto débese aos compoñentes de Balance-of-System (BOS) que tamén se usan nos paneis solares, que inclúe o hardware, as caixas combinadoras e os inversores.

Con CSP, máis grande é mellor. Como utiliza a calor dos raios solares, canto máis luz solar se poida recoller, mellor. Este sistema é moi similar ás centrais de enerxía fósiles que se usan na actualidade. A principal diferenza é que CSP usa espellos que reflicten a calor da luz solar para quentar fluídos (en lugar de queimar carbón ou gas natural), que xeran vapor para facer funcionar as turbinas. Isto tamén fai que a CSP sexa moi adecuada para plantas híbridas, como as turbinas de gas de ciclo combinado (CCGT), que usan enerxía solar e gas natural para facer funcionar as turbinas, xerando enerxía. Con CSP, a produción de enerxía da enerxía solar entrante produce só un 16% de electricidade neta. A produción de enerxía CCGT produce ~ 55% de electricidade neta, moito máis que só CSP.

De inicios humildes

Anders Bo Skov e Mogens Brøndsted Nielsen da Universidade de Copenhague están tentando desenvolver unha molécula que sexa capaz de recoller, almacenar e liberar enerxía solar de forma máis eficiente que a fotovoltaica ou a CSP. Usando o sistema dihidroazuleno/vinil hepta fulveno, DHA/VHF para abreviar, a parella fixo grandes avances na súa investigación. Un problema que atoparon inicialmente foi que a medida que aumentaba a capacidade de almacenamento das moléculas de DHA/VHF, diminuía a capacidade de reter a enerxía durante un período prolongado de tempo. Mogens Brøndsted Nielsen, profesor do Departamento de Química, dixo: "Independentemente do que fixemos para evitalo, as moléculas cambiarían de forma e liberarían a enerxía almacenada despois de só unha ou dúas horas. O logro de Anders foi que conseguiu duplicar a densidade de enerxía nunha molécula que pode manter a súa forma durante cen anos. O noso único problema agora é como conseguimos que libere a enerxía de novo. A molécula non parece querer volver a cambiar de forma".

Dado que a forma da nova molécula é máis estable, pode reter a enerxía durante máis tempo, pero tamén facilita o traballo. Hai un límite teórico á cantidade de enerxía que pode albergar unha unidade determinada de moléculas, isto chámase densidade de enerxía. Teoricamente, 1 quilogramo (2.2 libras) dunha chamada "molécula perfecta" pode almacenar 1 megajoule de enerxía, o que significa que pode conter a máxima cantidade de enerxía e liberala segundo sexa necesario. Esta é aproximadamente enerxía suficiente para quentar 3 litros (0.8 litros) de auga desde a temperatura ambiente ata a ebulición. A mesma cantidade de moléculas de Skov pode quentar 750 mililitros (3.2 cuartos) desde a temperatura ambiente ata ferver en 3 minutos, ou 15 litros (4 galóns) nunha hora. Aínda que as moléculas de DHA/VHF non poden almacenar tanta enerxía como unha "molécula perfecta", é unha cantidade significativa.

A ciencia detrás da molécula

O sistema DHA/VHF está composto por dúas moléculas, DHA e VHF. A molécula de DHA é a encargada de almacenar a enerxía solar, e VHF a libera. Fano cambiando de forma cando se introducen estímulos externos, neste caso a luz solar e a calor. Cando o DHA está exposto á luz solar almacena a enerxía solar, ao facelo a molécula cambia a súa forma á forma VHF. Co paso do tempo, o VHF recolle calor, unha vez que recolle o suficiente volve á súa forma DHA e libera a enerxía solar.

Ao final do día

Anders Bo Skov está bastante entusiasmado coa nova molécula, e con razón. Aínda que aínda non pode liberar enerxía, Skov di: "Cando se trata de almacenar enerxía solar, a nosa maior competencia vén das baterías de ión-litio, e o litio é un metal velenoso. A miña molécula non libera nin CO2 nin ningún outro composto químico mentres traballa. É "a luz solar entra-saída". E cando a molécula se desgasta un día, degrada a un colorante que tamén se atopa nas flores de manzanilla. A molécula non só se usa nun proceso que libera pouco ou nada de gases de efecto invernadoiro durante o seu uso, senón que cando finalmente se degrada faio nun produto químico inerte que se atopa naturalmente no medio ambiente.