Nova molécula para amplificar enormemente o potencial da energia solar

O sol não é apenas a fonte de energia mais abundante conhecida pelo homem, mas também é infinitamente renovável, desde que ainda exista. Ele continua a gerar quantidades surpreendentes de energia diariamente, faça chuva ou faça sol. A energia solar pode ser recolhida e armazenada de muitas maneiras diferentes, e a utilização da energia solar não emite gases com efeito de estufa, o que pode ajudar a reduzir o impacto das alterações climáticas. Por estas razões, a energia solar está a tornar-se cada vez mais escolhida como fonte primária de energia renovável. É apenas uma questão de tempo até que a humanidade encontre formas de utilizar a energia solar de forma mais eficiente – como a inovação descrita abaixo.

Manipulando a luz solar

Existem dois tipos principais de energia solar: fotovoltaica (PV) e energia solar concentrada (CSP), também conhecida como energia solar térmica. A energia fotovoltaica converte a luz solar diretamente em eletricidade usando células solares em painéis solares. A energia solar concentrada usa a luz solar para aquecer um fluido que gera vapor e alimenta uma turbina para criar energia. Atualmente, a energia fotovoltaica representa 98% da energia solar global, com CSP representando os 2% restantes.

O PV e o CSP variam na forma como são utilizados, na energia produzida e nos materiais utilizados na sua construção. A eficiência da energia produzida com PV permanece constante com o tamanho do painel solar, o que significa que usar um painel solar menor em vez de um maior não aumentará a taxa de produção de energia. Isso se deve aos componentes de equilíbrio do sistema (BOS) que também são usados ​​em painéis solares, que incluem hardware, caixas combinadoras e inversores.

Com o CSP, quanto maior, melhor. Como utiliza o calor dos raios solares, quanto mais luz solar puder ser coletada, melhor. Este sistema é muito semelhante às usinas de combustíveis fósseis em uso atualmente. A principal diferença é que o CSP utiliza espelhos que refletem o calor da luz solar para aquecer fluidos (em vez de queimar carvão ou gás natural), que geram vapor para girar turbinas. Isso também torna o CSP adequado para usinas híbridas, como turbinas a gás de ciclo combinado (CCGT), que utilizam energia solar e gás natural para girar turbinas, gerando energia. Com o CSP, a produção de energia proveniente da energia solar recebida produz apenas 16% de eletricidade líquida. A produção de energia CCGT produz aproximadamente 55% de eletricidade líquida, muito mais do que apenas o CSP.

De origens humildes

Anders Bo Skov e Mogens Brøndsted Nielsen, da Universidade de Copenhague, estão tentando desenvolver uma molécula que seja capaz de coletar, armazenar e liberar energia solar de forma mais eficiente do que PV ou CSP. Usando o sistema diidroazuleno/vinil hepta fulveno, abreviadamente DHA/VHF, a dupla fez grandes avanços em suas pesquisas. Um problema que encontraram inicialmente foi que à medida que a capacidade de armazenamento das moléculas de DHA/VHF aumentava, a capacidade de reter a energia durante um longo período de tempo diminuía. Mogens Brøndsted Nielsen, professor do Departamento de Química, disse: “Independentemente do que fizéssemos para evitar isso, as moléculas mudariam de forma e liberariam a energia armazenada após apenas uma ou duas horas. A conquista de Anders foi conseguir dobrar a densidade de energia em uma molécula que pode manter sua forma por cem anos. Nosso único problema agora é como conseguir liberar a energia novamente. A molécula parece não querer mudar de forma novamente.”

Como a forma da nova molécula é mais estável, ela pode reter a energia por mais tempo, mas também facilita o trabalho. Existe um limite teórico para a quantidade de energia que uma determinada unidade de moléculas pode conter, isso é chamado de densidade de energia. Teoricamente, 1 quilograma (2.2 libras) da chamada “molécula perfeita” pode armazenar 1 megajoule de energia, o que significa que pode reter a quantidade máxima de energia e liberá-la conforme necessário. Isso é energia aproximadamente suficiente para aquecer 3 litros (0.8 galões) de água desde a temperatura ambiente até a fervura. A mesma quantidade de moléculas de Skov pode aquecer 750 mililitros (3.2 quartos) da temperatura ambiente até a ebulição em 3 minutos, ou 15 litros (4 galões) em uma hora. Embora as moléculas de DHA/VHF não possam armazenar tanta energia quanto uma “molécula perfeita”, é uma quantidade significativa.

A ciência por trás da molécula

O sistema DHA/VHF é composto por duas moléculas, DHA e VHF. A molécula de DHA é responsável por armazenar a energia solar e o VHF a libera. Eles fazem isso mudando de forma quando apresentados a estímulos externos, neste caso a luz solar e o calor. Quando o DHA é exposto à luz solar armazena a energia solar, ao fazê-lo a molécula muda a sua forma para a forma VHF. Com o tempo, o VHF coleta calor, uma vez coletado o suficiente, ele volta à sua forma DHA e libera a energia solar.

No final do dia

Anders Bo Skov está bastante entusiasmado com a nova molécula, e com razão. Embora ainda não consiga libertar energia, Skov diz: “Quando se trata de armazenar energia solar, a nossa maior concorrência vem das baterias de iões de lítio, e o lítio é um metal venenoso. Minha molécula não libera CO2 nem quaisquer outros compostos químicos durante o trabalho. É ‘luz solar entrando e saindo’. E um dia, quando a molécula se desgasta, ela se degrada e se transforma em um corante que também é encontrado nas flores de camomila.” A molécula não é apenas utilizada num processo que liberta pouco ou nenhum gás com efeito de estufa durante a sua utilização, mas quando eventualmente se degrada, transforma-se num produto químico inerte que é naturalmente encontrado no ambiente.