Los investigadores de las universidades de Mainz y Siegen han creado un sistema molecular para almacenar energía solar de forma eficiente, lo que abre nuevas posibilidades para el aprovechamiento de la energía solar.
Nuevo enfoque abre camino para la recolección y almacenamiento eficiente de energía solar
Investigadores de las universidades de Mainz y Siegen han desarrollado nuevos sistemas moleculares para el almacenamiento de energía solar, lo que podría transformar la forma en que aprovechamos y conservamos esta fuente de energía renovable.
Según la Agencia Internacional de la Energía (IEA), aproximadamente el 50 % del consumo energético final a nivel mundial se destina a la calefacción. Sin embargo, la utilización de la energía solar en este sector sigue siendo relativamente baja en comparación con las fuentes de energía fósil. Uno de los problemas clave que limita la adopción generalizada de la energía solar es su intermitencia y la dependencia de la luz directa del sol. Una solución prometedora surge con los sistemas de almacenamiento de energía solar a nivel molecular.
Sistemas de almacenamiento de energía solar a nivel molecular
A diferencia de los métodos convencionales de almacenamiento de energía térmica, que mantienen la energía a corto plazo (por ejemplo, en forma de agua caliente), los sistemas de almacenamiento molecular conservan la energía solar en forma de enlaces químicos. Esto permite que la energía almacenada se preserve durante semanas o incluso meses, liberándola como calor bajo demanda. Estas moléculas especializadas, conocidas como fotoswitches, absorben la energía solar y la liberan posteriormente cuando se requiere.
Un desafío crucial para los fotoswitches actuales es el compromiso entre la capacidad de almacenamiento y la eficiencia de absorción de la luz solar, lo que limita su rendimiento general. Los equipos de investigación de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) y la Universidad de Siegen han presentado un nuevo enfoque para superar esta limitación.
Desacoplamiento de los procesos de absorción y almacenamiento de energía solar
El nuevo tipo de fotoswitches, introducido inicialmente por el grupo del profesor Heiko Ihmels en la Universidad de Siegen, muestra una capacidad de almacenamiento de energía comparable a la de las baterías de iones de litio. Sin embargo, inicialmente, su funcionalidad solo respondía a la activación mediante luz ultravioleta (UV), la cual representa una pequeña fracción del espectro solar.
Para superar esta limitación, los equipos de Mainz y Siegen desarrollaron un método de recolección indirecta de luz, similar a la función de los complejos de captación de luz en la fotosíntesis. Este sistema incluye un segundo compuesto denominado sensibilizador, que posee excelentes propiedades de absorción de luz visible. En este proceso, el sensibilizador absorbe la luz y transfiere la energía al fotoswitch, que no podría activarse directamente bajo estas condiciones. “Con este enfoque, el sensibilizador absorbe la luz y transfiere la energía al fotoswitch, que no se puede excitar directamente en estas condiciones”, explicó el profesor Christoph Kerzig, del Departamento de Química de la JGU.
Este innovador enfoque ha incrementado la eficiencia de almacenamiento de energía solar en más de un orden de magnitud, representando un avance significativo en el campo de la conversión de energía. Las aplicaciones potenciales de estos sistemas abarcan desde soluciones para la calefacción doméstica hasta almacenamiento de energía a gran escala, ofreciendo una vía prometedora hacia la gestión energética sostenible.
Estudios mecanísticos para el descubrimiento y optimización de reacciones
El equipo de investigación de Mainz, liderado por el profesor Kerzig y el estudiante de doctorado Till Zähringer, llevó a cabo análisis espectroscópicos detallados para explorar este complejo sistema, lo cual fue crucial para comprender el mecanismo subyacente. Cada paso de la reacción fue examinado con detenimiento por Zähringer, autor principal del estudio, logrando una comprensión profunda del funcionamiento del sistema. “De esta manera, pudimos no solo aumentar significativamente el límite de captación de luz, sino también mejorar la eficiencia de conversión de luz en energía química almacenada”, explicó Zähringer.
Bajo condiciones operativas, cada fotón absorbido puede desencadenar un proceso de formación de enlaces químicos, un fenómeno poco común en las reacciones fotoquímicas debido a las numerosas pérdidas de energía. Los científicos validaron con éxito la robustez y practicidad del sistema al realizar múltiples ciclos entre el estado de almacenamiento de energía y el estado de liberación de energía utilizando luz solar, lo cual destaca su potencial para aplicaciones en el mundo real.
Los resultados de este trabajo fueron publicados en la revista Angewandte Chemie, donde ha sido catalogado como Hot Paper debido a su excepcional evaluación por parte de los revisores científicos.
Apoyo financiero y proyecciones futuras
Este proyecto de investigación ha sido financiado por la Fundación Alemana para la Investigación (DFG) y la Fundación Federal Alemana para el Medio Ambiente, proporcionando una subvención al profesor Kerzig y una beca a Zähringer. Además, el proyecto ha recibido apoyo de la House of Young Talents y la Fundación Nagelschneider de la Universidad de Siegen.
Proyecciones futuras: Estos avances en el almacenamiento de energía solar a nivel molecular tienen el potencial de transformar el campo de la energía renovable. La implementación a gran escala de sistemas de almacenamiento de energía basados en enlaces químicos podría reducir la dependencia de fuentes de energía no renovables, disminuir las emisiones de carbono y contribuir significativamente a la transición energética global hacia un futuro más sostenible.
Vía uni-mainz.de
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