Un nuevo enfoque para el almacenamiento de la energía solar
El enfoque molecular permite por primera vez la fotoquímica impulsada por la luz en la oscuridad
Usar la energía del sol tan eficientemente como lo hace la naturaleza y convertirla en energía química podría reducir drásticamente las emisiones globales de CO2. Un equipo de investigación del Instituto Leibniz de Tecnología Fotónica (Leibniz IPHT) y la Universidad Friedrich Schiller de Jena ha dado un paso más hacia esta visión. Los investigadores han desarrollado un sistema químico que recoge la energía de la luz y la almacena en una molécula durante al menos 14 horas. Basado en un complejo de cobre, su sistema desacopla los procesos fotoquímicos del ciclo día-noche, superando así una barrera que anteriormente hacía que la fotoquímica alimentada por energía solar fuera inadecuada para los procesos de producción industrial continua.
Fotorreactor para la investigación de reacciones impulsadas por la luz, por ejemplo, la foto-reducción de complejos de cobre(I)
Martin Schulz
La naturaleza ya ha resuelto el problema: En la fotosíntesis, las plantas utilizan la luz solar para convertir el dióxido de carbono en compuestos químicos, de tal manera que la energía solar almacenada en enlaces químicos también está disponible cuando está oscuro. Los investigadores intentan imitar este proceso utilizando la naturaleza como modelo; sin embargo, la fotoquímica impulsada por la luz solar sólo ha funcionado hasta ahora con luz brillante debido a la falta de instalaciones de almacenamiento adecuadas.
El enfoque molecular permite que la fotoquímica impulsada por la luz en la oscuridad por primera vez
El equipo de investigación del IPHT de Leibniz y la Universidad de Jena presenta ahora un enfoque molecular para el almacenamiento de la energía solar, que por primera vez permite desacoplar las reacciones fotoquímicas del ciclo diurno-nocturno y permite que tengan lugar independientemente de la luz del día. A diferencia de los enfoques anteriores, que se basan en materiales de estado sólido, los investigadores generan equivalentes fotoredox reactivos en una pequeña molécula. Esto les permite no sólo almacenar la energía lumínica durante una duración no alcanzada anteriormente de al menos 14 horas, sino también regenerarla cuando sea necesario. Los investigadores publicaron sus resultados en el "Journal of the American Chemical Society".
"La dependencia de la luminosidad y la oscuridad ha sido hasta ahora un obstáculo importante cuando se trata de utilizar la fotoquímica alimentada por energía solar para los procesos de producción industrial continua", explica el autor principal, el Dr. Martin Schulz, que lleva a cabo investigaciones en la Universidad de Jena y el IPHT de Leibniz. "Suponemos que nuestros resultados abrirán nuevas posibilidades a los sistemas de investigación para la conversión y el almacenamiento de la energía solar, así como para la foto(redox)catálisis".
Alta capacidad de carga incluso después de varios ciclos
En el sistema químico desarrollado por los investigadores de Jena dentro del Centro de Investigación Colaborativa "CataLight", el fotosensibilizador y la unidad de almacenamiento de carga se encuentran en la misma pequeña molécula. Esto elimina la necesidad de transferencia de carga intermolecular entre un sensibilizador separado y una unidad de almacenamiento de carga. El sistema retiene tres cuartos de su capacidad de carga incluso después de cuatro ciclos.
Los investigadores utilizan un complejo de cobre y, por lo tanto, una molécula basada en un metal fácilmente disponible, mientras que los enfoques anteriores utilizaban metales preciosos raros y caros como el rutenio. El complejo de cobre doblemente reducido puede almacenarse después de la carga fotoquímica y utilizarse como reactivo en reacciones oscuras como la reducción de oxígeno.
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