¿Una pista del bronceado? La posibilidad de una nueva tecnología para "encerrar" la energía solar en moléculas

La debilidad de la energía solar es sorprendentemente simple: si el sol no está brillando, no se genera electricidad. Para usar la electricidad generada durante el día por la noche, se necesitan baterías de almacenamiento, redes de transmisión u otros sistemas de almacenamiento. Cuanto más intentamos hacer de la energía renovable el protagonista de la sociedad, más grande se vuelve este problema de "almacenamiento".

Pero, ¿y si pudiéramos encerrar la energía del sol directamente en moléculas en lugar de electricidad? Y además, si esas moléculas pudieran liberar calor cuando se necesita, para hervir agua, calentar una habitación o controlar la temperatura de una máquina...

Una investigación que parece sacada de la ciencia ficción se está llevando a cabo en la Universidad de California en Santa Bárbara. Sorprendentemente, la inspiración vino del "bronceado".

La química Grace Han se sorprendió por la intensidad del sol cuando visitó el sur de California desde Boston. Solo unas pocas horas al aire libre eran suficientes para irritar la piel. Esta experiencia coincidió con su interés en las reacciones fotoquímicas del ADN. El bronceado es un fenómeno en el que el ADN en las células de la piel se daña por la radiación ultravioleta. Las moléculas que componen el ADN cambian de forma al exponerse a la luz, adoptando un estado distorsionado.

Esta propiedad de "cambiar de forma al recibir luz" se convirtió en una pista para el almacenamiento de energía.

En el campo del almacenamiento de energía solar térmica molecular, abreviado como MOST, se utilizan moléculas que cambian de estructura al exponerse a la luz y se estabilizan en un estado de alta energía. Cuando las moléculas regresan a su estructura original, la energía diferencial se libera como calor. La imagen es como enrollar un resorte minúsculo con luz solar y liberarlo para extraer calor cuando sea necesario.

La energía solar convencional convierte la luz en electricidad. Por otro lado, MOST almacena la luz como energía química y la extrae como calor. Esto es diferente del papel de las baterías de iones de litio que almacenan electricidad. Es una tecnología más adecuada para situaciones que requieren "calor", como calefacción, agua caliente, calefacción industrial, prevención de condensación y control de temperatura, en lugar de baterías para teléfonos inteligentes o vehículos eléctricos.

Lo que está llamando la atención ahora es la molécula basada en pirimidona desarrollada por el equipo de investigación de Han. Inspirada en la estructura del ADN, esta molécula cambia a una forma de alta energía al recibir radiación ultravioleta y mantiene ese estado. Luego, al recibir un estímulo específico, regresa a su forma original y libera la energía almacenada como calor.

El equipo de investigación ha informado que esta molécula mostró una alta densidad de energía de 1.65 megajulios por kilogramo. Este es un valor muy alto en el campo de MOST, y se presenta como un nivel que supera la densidad de energía por masa de las baterías de iones de litio convencionales. Además, en experimentos, también se confirmó la liberación de calor suficiente para hervir rápidamente agua en un pequeño recipiente.

Lo interesante de este logro no es solo que tiene una "alta densidad de energía". Es importante que pueda almacenar energía solar a largo plazo y extraer calor directamente.

Cuando se piensa en problemas de energía, muchas personas piensan en electricidad. Palabras como plantas de energía, redes de transmisión, baterías de almacenamiento, vehículos eléctricos y redes inteligentes vienen a la mente. Sin embargo, el "calor" representa una proporción muy grande de la demanda energética mundial. La sociedad necesita una cantidad enorme de calor para calefacción residencial, agua caliente, procesamiento de alimentos, industria química, procesos de secado y calefacción en la manufactura. Y gran parte de esto todavía depende de la quema de combustibles fósiles.

En otras palabras, el desafío de la descarbonización no es solo "cómo generar electricidad". "Cómo generar calor" y "cómo almacenar calor" también son grandes desafíos.

Si la tecnología MOST se comercializa, se podría considerar un uso en el que las moléculas se "cargan" con luz solar durante el día y se extrae calor durante la noche o en días nublados. Se podría exponer un líquido a la luz solar en el techo, almacenarlo en un tanque y usarlo para agua caliente o calefacción cuando sea necesario. O podría usarse como un revestimiento transparente en ventanas en áreas frías para prevenir la condensación. También hay potencial para aplicaciones como la gestión de temperatura en satélites pequeños o aviones, o como fuente de calor en entornos fuera de la red.

Sin embargo, en este momento, es prematuro ver esta tecnología como una "revolución que reemplazará inmediatamente la calefacción doméstica". Incluso en el artículo original, varios investigadores expresan opiniones cautelosas.

Uno de los mayores desafíos es la longitud de onda de la luz necesaria para cambiar las moléculas. En el sistema actual, se relaciona principalmente con la radiación ultravioleta fuerte alrededor de los 300 nanómetros. Aunque la luz solar que llega a la superficie terrestre incluye radiación ultravioleta, la cantidad es limitada. Para la comercialización, es necesario mejorar la capacidad de reacción a la luz natural o hacer que funcione de manera eficiente con longitudes de onda más cercanas a la luz visible.

Otro desafío es el desencadenante para liberar la energía almacenada. En el experimento actual se utilizó ácido clorhídrico. El ácido clorhídrico es corrosivo y requiere manejo y neutralización. Para un uso amplio en hogares, edificios e instalaciones industriales, se necesitan catalizadores o estímulos térmicos más seguros y fáciles de manejar, o combinaciones con materiales sólidos.

Además, si se usa como líquido, será necesario mover el fluido con una bomba. Si se requieren colectores solares en el techo, tuberías, tanques, intercambiadores de calor y partes de reacción catalítica, el costo total del sistema y el riesgo de fallos aumentan. Aunque el rendimiento de la molécula individual sea excelente, en la implementación social se cuestionarán la eficiencia, el precio, la vida útil, la seguridad y el mantenimiento del equipo en su conjunto.

Además, si las moléculas que absorben la luz se apilan demasiado gruesas, la luz no llegará al fondo. También es importante discutir qué tan gruesa puede ser la capa de líquido, cuánta área se necesita y cuánto calor se puede almacenar. Si se trata de calentar toda una casa, es probable que se necesiten grandes cantidades de material, una amplia área de recepción de luz y un equipo de circulación estable.

Aun así, esta investigación tiene un gran significado. Porque MOST ofrece una ruta alternativa al concepto existente de "convertir la luz solar en electricidad y luego almacenarla en baterías", al proponer "usar la luz solar como calor almacenándola en la forma misma de las moléculas".

En las redes sociales, esta investigación ha recibido reacciones mixtas de expectativas y críticas.

En la comunidad de ciencia y tecnología futura de Reddit, hay voces que destacan la magnitud de la demanda de calor. Se percibe que la descarbonización de la calefacción y el agua caliente es un área importante para reducir la dependencia de los combustibles fósiles, aunque a menudo se pasa por alto. Por otro lado, también se publican comentarios realistas como "si se trata de almacenar calor, ya existen tecnologías de almacenamiento de calor como las baterías de arena", "cuando se miniaturiza, el calor se escapa más fácilmente" y "también hay demanda de refrigeración, no solo de calefacción". Es decir, las reacciones en las redes sociales no son solo de elogios, sino que se centran en la implementación práctica, preguntándose "¿dónde es óptimo usar esto?".

En LinkedIn, se destacan reacciones más especializadas, principalmente de usuarios cercanos a la investigación y la industria energética. Hay publicaciones que evalúan el punto de que las moléculas pueden almacenar la luz solar en forma de enlaces químicos y liberarla como calor cuando sea necesario como una "tecnología complementaria prometedora para el almacenamiento de calor a largo plazo". Sin embargo, también se señala que en la etapa actual depende principalmente de la radiación ultravioleta, que la viabilidad económica de la ampliación no está clara y que aún no se sabe si se puede utilizar para el almacenamiento a largo plazo a nivel de red de transmisión.

Esta percepción es bastante razonable. Como resultado de la investigación, es innovador, pero no es un producto que cambiará el mercado de inmediato. Más bien, debería verse como un punto de partida para el diseño de materiales y la ingeniería de sistemas en el futuro.

Lo que es especialmente notable es que los investigadores también están interesados en direcciones como la "solidificación" y la "aplicación en ventanas". El método de hacer circular un líquido a través de tuberías facilita el movimiento del calor, pero también enfrenta problemas como fugas, fallos de la bomba, corrosión y mantenimiento. Si las moléculas se pueden incorporar en materiales sólidos o recubrimientos transparentes, podría ser posible una aplicación más simple.

Por ejemplo, el vidrio de las ventanas podría recibir luz solar durante el día para poner las moléculas en un estado de alta energía y liberar lentamente el calor durante la noche o en condiciones de baja temperatura. O podría usarse como una película delgada para prevenir la condensación en áreas frías. Aunque no sea suficiente para calentar todo un edificio, podría ser útil para el control local del calor.

También se pueden considerar aplicaciones en campos donde la gestión de la temperatura es importante y el peso del combustible o las baterías es una limitación, como en satélites o aviones. Si solo se desea mantener ciertas partes a una temperatura constante, los materiales que pueden extraer el calor almacenado a nivel molecular cuando sea necesario son atractivos. Es posible que la comercialización comience primero en aplicaciones pequeñas y de alto valor agregado, en lugar de en usos a gran escala como la calefacción residencial.

Lo interesante de esta investigación es que convierte un fenómeno que parece un fracaso de la naturaleza en una pista tecnológica. El bronceado es un daño que los humanos desean evitar. Que el ADN se dañe por la radiación ultravioleta es un riesgo para la salud en sí mismo. Sin embargo, al observar de cerca el fenómeno de cambio de forma de las moléculas, se encuentra un mecanismo para capturar la energía de la luz como un cambio estructural. Aquí reside la idea de utilizar las reacciones fotoquímicas con las que la vida ha lidiado durante mucho tiempo en tecnología energética.

Sin embargo, no hay que malinterpretar que esta tecnología "utiliza el bronceado". No se utiliza la piel humana ni el ADN para el almacenamiento de energía. Es simplemente una historia de cómo se inspiraron en el mecanismo de cambio estructural del ADN por la luz para diseñar moléculas artificiales.

Hay tres grandes puntos de enfoque para el futuro.

Primero, qué longitudes de onda de la luz solar se pueden utilizar y en qué medida. Si se puede utilizar no solo la radiación ultravioleta, sino también la luz visible que llega en mayor abundancia, la practicidad aumentará significativamente.

Segundo, el desarrollo de un disparador seguro para la liberación de calor. Si se puede liberar calor de manera estable con calor de baja temperatura, luz, catalizadores sólidos o estímulos electroquímicos, en lugar de sustancias químicas difíciles de manejar como el ácido clorhídrico, el rango de aplicaciones se ampliará.

Tercero, el costo total, incluidos los materiales y el equipo. El costo de sintetizar las moléculas, la degradación con el uso repetido, la pérdida de calor, la vida útil del equipo, el mantenimiento y el impacto ambiental se compararán con las bombas de calor existentes, calentadores solares de agua, materiales de almacenamiento de calor, baterías de arena y baterías de almacenamiento.

Mirando la historia de la tecnología energética, no siempre es cierto que las tecnologías que producen buenos números en el laboratorio cambien la sociedad tal cual. Más bien, en el proceso de implementación social, surgen problemas discretos uno tras otro. Las tuberías se obstruyen, los materiales son caros, los catalizadores se degradan, no se cumplen los estándares de seguridad, el mantenimiento es demasiado complicado... A menos que se superen estas barreras, no importa cuán hermosa sea la reacción química, no se convertirá en una industria.

Aun así, esta investigación ha agregado una nueva opción a la pregunta de "cómo almacenar la energía solar". Los paneles solares y las baterías de iones de litio no son el único futuro. En algunas situaciones, es más eficiente almacenar el calor como calor. En lugares que necesitan calor en lugar de electricidad, como edificios, fábricas, vehículos y equipos espaciales, el almacenamiento solar térmico molecular podría tener un valor único.

Cuando las moléculas cambian de forma al recibir luz solar, encierran energía en esa forma. Cuando se necesita, las moléculas vuelven a su forma original y se extrae calor. Aunque parece simple en palabras, su realización implica una combinación avanzada de química orgánica, química computacional, ciencia de materiales e ingeniería térmica.

Es posible que el almacenamiento de energía del futuro surja de un fenómeno cotidiano y un poco problemático como el bronceado. La investigación aún está en sus etapas iniciales, pero la perspectiva de ver el sol no solo como algo que "genera electricidad", sino como algo que se puede "almacenar en moléculas", está ampliando las posibilidades de la energía renovable.

Todavía no se sabe si esta tecnología asumirá la calefacción doméstica, se convertirá en una fuente de calor para fábricas, se convertirá en una película delgada para ventanas o comenzará con aplicaciones de nicho como la gestión de temperatura de satélites. Pero al menos, la idea de no dejar que la luz del sol sea solo una bendición momentánea y encerrarla en moléculas hasta que se necesite es lo suficientemente estimulante como para considerar el futuro del almacenamiento de energía.

Fuente URL

BBC / AOL "How sunburn inspired a new way to store energy"
Artículo original. Inspiración de Grace Han, bronceado y fotoquímica del ADN, resumen de la tecnología MOST, posibilidades y desafíos de la investigación, comentarios de investigadores externos.
https://www.aol.com/articles/sunburn-inspired-way-store-energy-230314720.html

UC Santa Barbara "UCSB scientists bottle the sun with liquid battery"
Anuncio de la institución de investigación. Moléculas de pirimidona, MOST, densidad de energía superior a 1.6MJ/kg, demostración de hervir agua, posibilidad de uso en agua caliente residencial y aplicaciones fuera de la red.
https://news.ucsb.edu/2026/022384/ucsb-scientists-bottle-sun-liquid-battery

Science "Molecular solar thermal energy storage in Dewar pyrimidone beyond 1.6 MJ/kg"
Artículo revisado por pares. Información primaria de la investigación sobre el sistema MOST utilizando Dewar pirimidona con densidad de energía de 1.65MJ/kg, etc.
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aec6413

PubMed "Molecular solar thermal energy storage in Dewar pyrimidone beyond 1.6 megajoules per kilogram"
Para verificar la información del artículo, los autores y los datos de publicación.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41678586/

Ars Technica "A fluid can store solar energy and then release it as heat months later"
Artículo que explica el contenido de la investigación para el público en general. También se verifica como fuente de las reacciones compartidas en las redes sociales.
##