Almacenamiento de energía en moléculas
Optimización de fotoconmutadores moleculares para la captación de energía solar
Los fotoconmutadores moleculares capaces de convertir y almacenar energía podrían utilizarse para aumentar la eficacia de la captación de energía solar. Un equipo de investigadores ha utilizado un método de computación cuántica para hallar una estructura molecular especialmente eficaz para este fin. Según describe el equipo en la revista Angewandte Chemie, su procedimiento se basó en un conjunto de datos de más de 400.000 moléculas, que examinaron para encontrar la estructura molecular óptima para los materiales de almacenamiento de energía solar.
© Wiley-VCH
En la actualidad, la energía solar se utiliza directamente para generar electricidad o indirectamente a través de la energía almacenada en depósitos de calor. Una tercera vía podría consistir en almacenar primero la energía del sol en materiales sensibles a la luz y liberarla después cuando sea necesario. El proyecto MOST ("Molecular Solar Thermal Energy Storage"), financiado por la UE, estudia moléculas como los fotoconmutadores, capaces de absorber y almacenar energía solar a temperatura ambiente para hacer realidad un aprovechamiento de la energía solar totalmente libre de emisiones.
Los equipos de investigación de Kurt V. Mikkelsen, de la Universidad de Copenhague (Dinamarca), y Kasper Moth-Poulsen, de la Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona (España), han estudiado más a fondo los fotoconmutadores más adecuados para esta tarea. Estudiaron moléculas conocidas como dienos bicíclicos, que pasan a un estado de alta energía cuando se iluminan. El ejemplo más destacado de este sistema de dienos bicíclicos se conoce como norbornadieno cuadriciclano, pero existe un gran número de candidatos similares. Los investigadores explican: "El espacio químico resultante consta de aproximadamente 466.000 dienos bicíclicos que hemos analizado por su potencial aplicabilidad en la tecnología MOST".
El cribado de una base de datos de este tamaño suele realizarse mediante aprendizaje automático, pero esto requiere grandes cantidades de datos de entrenamiento basados en experimentos del mundo real, de los que el equipo no disponía. Utilizando un algoritmo desarrollado previamente y una novedosa puntuación de evaluación, "eta", el cribado y la evaluación de las moléculas de la base de datos arrojaron un resultado claro: las seis moléculas con mayor puntuación diferían del sistema original de norbornadieno-cuatriciclano en un punto crucial de la estructura. Los investigadores concluyeron que este cambio estructural, una ampliación del puente molecular entre los dos anillos de carbono de la parte bicíclica, permitía a las nuevas moléculas almacenar más energía que el norbornadieno original.
El trabajo de los investigadores demuestra el potencial de optimización de las moléculas de almacenamiento de energía solar. Sin embargo, las nuevas moléculas deben sintetizarse primero y probarse en condiciones reales. "Aunque los sistemas pueden prepararse sintéticamente, no hay garantías de que sean solubles en disolventes relevantes y de que realmente vayan a realizar la fotosíntesis en alto rendimiento o en absoluto, como hemos supuesto en eta", advierten los autores.
A pesar de ello, el equipo ha desarrollado un nuevo y amplio conjunto de datos de entrenamiento para algoritmos de aprendizaje automático y ha acortado así el arduo paso de investigación previo a la síntesis para los químicos que aborden este tipo de sistemas en el futuro. Los autores prevén que este repositorio mucho mayor de dienos bicíclicos se utilizará en la investigación de fotoconmutadores para diversas aplicaciones, lo que podría facilitar la adaptación de las moléculas a requisitos específicos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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