Un sistema inspirado en la fotosíntesis mejorará las técnicas de almacenamiento de energía
De acuerdo con la Agencia Internacional de Energía (AIE, por sus siglas en inglés), la calefacción representa aproximadamente el 50% del consumo energético final mundial. La mayor parte depende de combustibles fósiles, y el uso de energía solar es limitado. Esto se debe a que la luz solar necesita del clima y el suministro es inestable. Los sistemas moleculares de almacenamiento de energía solar térmica (MOST, por sus siglas en inglés) están atrayendo la atención como solución a este problema.
En la mayoría de los casos, la energía térmica solo puede almacenarse temporalmente en forma de agua caliente. Por otro lado, un MOST utiliza moléculas específicas conocidas como fotointerruptores, que cambian sus propiedades químicas y su estructura cuando se exponen a radiación electromagnética: luz infrarroja, visible y ultravioleta, para convertir la energía solar en sustancias químicas almacenándola como enlaces. Mediante este mecanismo puede retenerse energía térmica durante semanas o meses.
No obstante, el rigor del MOST está limitado por la necesidad de equilibrar la eficiencia de absorción de la luz solar. Un grupo de investigadores alemanes emplearon fotosensibilizadores para separar el proceso de absorción y transferencia de energía obtenida a otras sustancias, aumentando drásticamente la tasa de almacenamiento. Su estudio fue publicado en la revista química alemana Angewandte Chemie.
Durante la fotosíntesis, los electrones dentro de las plantas se ordenan en un estado cuántico supereficiente, como en el condensado de Bose-Einstein.
¿Cómo funciona el MOST?
La mayoría utilizan un compuesto orgánico llamado norbornadieno; este se convierte en un cuadrociclano en estado de alta energía mediante una fotorreacción. El sistema MOST funciona liberando la energía en forma de calor según sea necesario. El fotointerruptor se propuso por primera vez por un equipo de investigación de la Universidad de Siegen, Alemania; tenía la capacidad de almacenaje de energía comparable a la de una batería de iones de litio típica. Sin embargo, solo podía excitarse mediante luz ultravioleta, que representa solo una pequeña parte del espectro de la luz solar.
Por tanto, el equipo de la Universidad de Siegen, en conjunto con la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), combinaron un sensibilizador que absorbe eficientemente la luz visible para crear una completo de captación de luz indirecta similar al utilizado en las algas y demás plantas durante la fotosíntesis.
Es una paradoja: los pastos marinos están entre los ecosistemas que sepultan más toneladas de CO2, pero también entre los más afectados por el cambio climático.
Un mecanismo similar a la fotosíntesis de las plantas
«El sensibilizador absorbe la luz y transfiere energía al fotointerruptor, que no puede excitarse directamente», explica Christoph Kelzig, autor principal del estudio y profesor de química de la JGU. Al separar los procesos de absorción y almacenamiento de energía de esta manera, la eficiencia del almacenamiento de energía solar mejoró más de 10 veces en comparación con el MOST convencional.
El equipo de investigación también pudo minimizar la pérdida de energía, analizando espectroscópicamente los mecanismos de reacción en cada paso, incluida la transferencia de energía de la luz solar y la conversión química de los fotointerruptores. Además, las pruebas de ciclos repetidos de almacenamiento y liberación de energía utilizando la luz solar demostraron la durabilidad y practicidad del sistema. La tecnología se puede aplicar en una amplia gama de escalas, desde equipos de calefacción doméstica hasta instalaciones de almacenamiento de energía a gran escala, y los investigadores esperan que se convierta en una fuente de energía sostenible para el futuro.
Artículo originalmente publicado en WIRED Japón. Adaptado por Alondra Flores.