Desarrollan una molécula para almacenar energía solar

Investigadores de la Universidad de Linköping, en Suecia, han desarrollado una molécula que absorbe la energía de la luz solar y la almacena en enlaces químicos.

Un posible uso a largo plazo de la molécula es capturar la energía solar de manera eficiente y almacenarla para su posterior consumo.

Los resultados han sido publicados en la revista Journal of the American Chemical Society.

La Tierra recibe muchas veces más energía del sol de la que podemos usar los humanos.

Esta energía es absorbida por las instalaciones de energía solar, equipadas con paneles solares, pero uno de los retos de la energía solar es almacenarla eficientemente, de tal manera que la energía esté disponible cuando el sol no esté brillando, lo cual se hace habitualmente con baterías.

Esto llevó a los científicos de la Universidad de Linköping a investigar la posibilidad de capturar y almacenar la energía solar en una nueva molécula.

“Nuestra molécula puede adoptar dos formas diferentes: una forma madre que puede absorber la energía de la luz solar, y una forma alternativa en la que la estructura de la forma madre ha cambiado y se ha vuelto mucho más rica en energía, mientras permanece estable.

Esto hace posible almacenar la energía de la luz solar en la molécula de forma eficiente“, dice Bo Durbeej, profesor de física computacional en el Departamento de Física, Química y Biología de la Universidad de Linköping, y líder del estudio.

La molécula pertenece a un grupo conocido como “fotointerruptores moleculares“.

Estos siempre están disponibles en dos formas diferentes, los llamados isómeros, que difieren en sus estructuras químicas.

Las dos formas tienen propiedades diferentes, y en el caso de la molécula desarrollada por los investigadores de LiU, esta diferencia está en el contenido de energía.

Las estructuras químicas de todos los fotointerruptores están influenciadas por la energía de la luz.

Esto significa que la estructura, y por lo tanto las propiedades, de un fotointerruptor pueden ser cambiadas iluminándolo.

Un posible campo de aplicación de los fotointerruptores es la electrónica molecular, en la que las dos formas de la molécula tienen diferentes conductividades eléctricas.

Otra área es la fotofarmacología, en la que una forma de la molécula es farmacológicamente activa y puede unirse a una proteína específica del cuerpo, mientras que la otra forma está inactiva.

Es común en la investigación que los experimentos se hagan primero y que el trabajo teórico confirme posteriormente los resultados experimentales, pero en este caso el procedimiento se invirtió.

Bo Durbeej y su grupo trabajan en química teórica, y realizan cálculos y simulaciones de reacciones químicas.

Se trata de simulaciones informáticas avanzadas, que se realizan en supercomputadores en el Centro Nacional de Supercomputación, NSC, en Linköping.

Los cálculos mostraron que la molécula que los investigadores habían desarrollado se sometería a la reacción química que requerían, y que esta tendría lugar con extrema rapidez, en un plazo de 200 femtosegundos.

Sus colegas del Centro de Investigación de Ciencias Naturales de Hungría pudieron entonces construir la molécula y realizar experimentos que confirmaron la predicción teórica.

Con el fin de almacenar grandes cantidades de energía solar en la molécula, los investigadores han intentado hacer que la diferencia de energía entre los dos isómeros sea lo más grande posible.

La forma madre de su molécula es extremadamente estable, una propiedad que dentro de la química orgánica se denota diciendo que la molécula es “aromática”.

La molécula básica consiste en tres anillos, cada uno de los cuales es aromático.

Sin embargo, cuando absorbe la luz, la aromaticidad se pierde, de tal manera que la molécula se vuelve mucho más rica en energía.

Los investigadores de la LiU muestran en su estudio, publicado en la revista Journal of the American Chemical Society, que el concepto de cambio entre los estados aromáticos y no aromáticos de una molécula tiene un gran potencial en el campo de los fotointerruptores moleculares.

“La mayoría de las reacciones químicas comienzan en un estado en el que una molécula tiene una alta energía y posteriormente pasa a una con una baja energía.

Aquí hacemos lo contrario: una molécula de baja energía se convierte en una de alta energía.

Esperábamos que esto fuera difícil, pero hemos demostrado que es posible que tal reacción tenga lugar tanto rápida como eficientemente”, dice Bo Durbeej.

Los investigadores examinarán ahora cómo la energía almacenada puede ser liberada de la mejor manera de la forma rica en energía de la molécula.

Fuente: Noticias de la Ciencia