Dado que los paneles solares pierden su capacidad de producir electricidad después de la puesta del sol, sigue existiendo un gran desafío para las energías renovables: cómo almacenar la energía solar para su uso posterior, ya sea en tiempo nublado o durante la noche.
Los investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara creen haber encontrado una respuesta que evita la necesidad de sistemas de baterías masivos o la dependencia de la red eléctrica. En un artículo en la revista Science, la profesora asociada Grace Hahn y su equipo de investigación describen un nuevo material capaz de absorber la luz solar, almacenar esa energía en enlaces químicos y luego liberarla en forma de calor cuando sea necesario. El material se basa en una molécula orgánica modificada llamada pirimidona y representa un nuevo paso en la tecnología de almacenamiento de energía solar térmica molecular (MOST).
“El concepto es reutilizable y reciclable”, afirmó Han Nguyen, estudiante de doctorado del grupo de Han y autor principal del estudio.
“Piensa en las gafas de sol fotocromáticas. Cuando estás dentro, son simplemente lentes transparentes. Caminas hacia el sol y se oscurecen por sí solas. Vuelve adentro y las lentes vuelven a ser transparentes”, continuó Nguyen. “Este tipo de cambio reversible nos interesa. En lugar de simplemente cambiar el color, queremos usar el mismo concepto para almacenar energía, liberarla cuando la necesitemos y luego reutilizar el material una y otra vez”.
Almacenamiento de energía solar inspirado en el ADN
Al diseñar la molécula, los científicos se inspiraron en una fuente inesperada: el ADN. La estructura de la pirimidona es similar a un elemento natural del ADN que puede cambiar de forma cuando se expone a la luz ultravioleta.
Utilizando una versión sintética de esa estructura, el equipo diseñó una molécula capaz de almacenar y liberar energía repetidamente. Para comprender mejor por qué la molécula era estable y al mismo tiempo retenía energía durante largos períodos de tiempo, los investigadores se asociaron con el distinguido profesor de investigación de UCLA, Ken Houk. El modelado computacional ayudó a explicar cómo el material puede retener la energía almacenada durante años sin sufrir daños significativos.
“Damos prioridad a un diseño molecular compacto y liviano”, dijo Nguyen. “Para este proyecto, eliminamos todo lo que no necesitábamos. Todo lo innecesario, lo eliminamos para que la molécula fuera lo más compacta posible”.
Una “batería solar” reutilizable
A diferencia de los paneles solares estándar que convierten directamente la luz solar en electricidad, este sistema almacena energía químicamente. La molécula se comporta algo así como un resorte comprimido. Después de absorber la luz solar, pasa a una forma presurizada de alta energía y permanece en ese estado hasta que se activa.
Cuando se expone a un desencadenante, como una pequeña cantidad de calor o un catalizador, la molécula vuelve a su forma original, liberando la energía almacenada en forma de calor.
“Normalmente lo describimos como una batería solar recargable”, dijo Nguyen. “Almacena la luz solar y es recargable”.
Las moléculas proporcionan una densidad de energía impresionante. Según los investigadores, almacena más de 1,6 megajulios de energía por kilogramo. En comparación, una batería de iones de litio convencional almacena aproximadamente 0,9 MJ/kg. El nuevo material también supera a las generaciones anteriores de interruptores ópticos de almacenamiento de energía.
El nuevo material puede hervir agua utilizando la luz solar almacenada.
Un hito clave para el equipo fue convertir la alta capacidad de almacenamiento de energía de la molécula en una demostración práctica. En experimentos, los investigadores han demostrado que el material puede liberar suficiente calor para hervir agua en condiciones ambientales, lo que es difícil de lograr en esta área de investigación.
“Hervir agua es un proceso que consume mucha energía”, afirmó Nguyen. “Que podamos hervir agua en condiciones ambientales es un gran logro”.
Con el tiempo, la tecnología podría admitir una variedad de usos en el mundo real, incluidos sistemas de calefacción fuera de la red para acampar o aplicaciones de calentamiento de agua en el hogar. Debido a que el material se disuelve en agua, los investigadores dicen que puede circular a través de los colectores solares de los tejados durante el día antes de almacenarse en tanques que liberan calor durante la noche.
“Con los paneles solares, se necesita un sistema de batería adicional para almacenar energía”, dijo el coautor Benjamin Baker, estudiante de doctorado en el laboratorio de Hahn. “Con el almacenamiento molecular de energía solar térmica, el propio material es capaz de almacenar esa energía de la luz solar”.
El proyecto recibió el apoyo de la Moore Inventor Fellowship otorgada a Hahn en 2025 para el desarrollo de esta “batería solar recargable”.
