Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), alrededor del 50 por ciento del consumo mundial de energía final se destina a la calefacción. Sin embargo, el uso de energía solar en este sector es relativamente bajo en comparación con las fuentes de energía fósiles. Un problema inherente que limita el uso generalizado de la energía solar es su disponibilidad intermitente. Una solución prometedora viene en forma de sistemas moleculares de almacenamiento de energía solar.
Las estrategias convencionales de almacenamiento de energía térmica almacenan energía durante cortos períodos de tiempo, por ejemplo en forma de agua caliente. Por el contrario, los sistemas de almacenamiento de energía solar molecular almacenan energía solar en forma de enlaces químicos, que pueden almacenarse durante semanas o meses. Estas moléculas especiales, o fotointerruptores, absorben la energía solar y luego la liberan en forma de calor según sea necesario. Sin embargo, un desafío importante para los fotointerruptores actuales es el equilibrio entre la capacidad de almacenamiento de energía y la absorción eficiente de la luz solar, lo que limita la eficiencia general. Para solucionar este problema, equipos de investigación de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) y la Universidad de Siegen presentan en un estudio conjunto un nuevo método.
Desacoplar el proceso de absorción y almacenamiento de energía solar.
La nueva clase de fotointerruptores fue presentada por primera vez por el grupo del Prof. Heiko Uhnels de la Universidad de Saigón, que demuestra capacidades excepcionales de almacenamiento de energía en comparación con las baterías de iones de litio convencionales. Sin embargo, su funcionalidad se limitó inicialmente a la activación por luz ultravioleta, que constituye sólo una pequeña porción del espectro solar. Los equipos de investigación de Menz y Sagan han introducido un método indirecto de captación de luz, comparable a la función de los complejos captadores de luz en la fotosíntesis. Contiene un segundo compuesto, el llamado sensibilizador, que presenta excelentes propiedades de absorción de la luz visible. “En este enfoque, el sensibilizador absorbe luz y luego transfiere energía al fotointerruptor, que no puede excitarse directamente en estas condiciones”, explicó el profesor Christoph Kurzig del Departamento de Química de la JGU.
Esta nueva estrategia ha aumentado la eficiencia del almacenamiento de energía solar en más de un orden de magnitud, lo que representa un importante paso adelante para la comunidad de investigación sobre conversión de energía. Las posibles aplicaciones de estos sistemas abarcan desde soluciones de calefacción doméstica hasta almacenamiento de energía a gran escala, lo que ofrece un camino prometedor hacia la gestión energética sostenible.
Los estudios mecanicistas son esenciales para el descubrimiento y la optimización de reacciones.
Un equipo de investigadores con sede en Mainz dirigido por el profesor Christoph Kurzig y el estudiante de doctorado Till Zehringer realizaron análisis espectroscópicos detallados para explorar el complejo sistema, lo cual fue esencial para comprender los mecanismos subyacentes. Cada paso de reacción fue analizado cuidadosamente por el primer autor del artículo, Tal Zehringer, lo que resultó en una comprensión profunda de cómo funciona el sistema. “De esta manera no sólo podemos aumentar significativamente el alcance de la captación de luz, sino también mejorar la eficiencia de la conversión de la luz en energía química almacenada”, explicó Zähringer. En condiciones operativas, cada fotón absorbido puede desencadenar un proceso de formación de enlaces químicos, que rara vez se observa en reacciones fotoquímicas debido a los numerosos canales de pérdida de energía. Los científicos validaron con éxito la robustez y funcionalidad del sistema cambiando entre un estado de almacenamiento de energía y un estado de liberación de energía varias veces utilizando luz solar, destacando su potencial para aplicaciones en el mundo real.
Los resultados han sido publicados. Química aplicadadonde el trabajo es clasificado como un artículo candente debido a revisiones excepcionales por parte de revisores científicos.
Este proyecto de investigación contó con el apoyo financiero de la Fundación Alemana de Investigación (DFG) y la Fundación Federal Alemana para el Medio Ambiente, que otorgaron una subvención para el proyecto a Christoph Kurzig y una beca a Till Zähringer, respectivamente. Otro apoyo provino de la Casa de Jóvenes Talentos y de la Stiftung Nagelsneider de la Universidad de Saigón.
