O nouă descoperire: Cum să stocăm energia solară în molecule pentru a elibera căldură luni de zile

Energia solară are potențialul să transforme modul în care ne încălzim locuințele și birourile. Încălzirea reprezintă aproape jumătate din cererea globală de energie, iar două treimi din aceasta sunt satisfăcute prin arderea combustibililor fosili, cum ar fi gazul natural, petrolul și cărbunele. Deși progresele în stocarea energiei electrice solare în baterii de litiu-ion sunt notabile, stocarea căldurii rămâne o provocare majoră.

Pentru a stoca căldura pe durate lungi – zile, săptămâni sau luni – este necesar să captăm energia în legăturile unei molecule care poate ulterior să elibereze căldură la cerere. Această abordare, cunoscută sub numele de stocare de energie termică solară moleculară (MOST), a fost considerată o soluție promițătoare de decenii, însă până acum nu a avut un impact semnificativ.

Într-o lucrare recentă publicată în revista Science, o echipă de cercetători de la Universitatea din California, Santa Barbara, și UCLA a prezentat o descoperire care ar putea face tehnologia MOST cu adevărat eficientă. În trecut, soluțiile de stocare a energiei MOST au avut performanțe modeste. Moleculele fie nu stocau suficientă energie, fie se degradau prea rapid, fie necesitau solvenți toxici, ceea ce le făcea impracticabile. Pentru a depăși aceste obstacole, echipa condusă de chimistul Han P. Nguyen s-a inspirat din daunele genetice provocate de arsurile solare.

Stând prea mult timp pe plajă, lumina ultravioletă de înaltă energie poate cauza legarea bazelor adiacente din ADN (timina, T din codul genetic), formând o structură numită leziune (6-4). Când această leziune este expusă la și mai multă lumină UV, se transformă într-o formă și mai neobișnuită, numită izomer Dewar. În biologie, aceasta este o veste proastă, deoarece izomerii Dewar provoacă încrețituri în spirala dublă a ADN-ului care perturbă copierea ADN-ului și pot duce la mutații sau cancer.

Pentru a contracara acest efect, evoluția a modelat o enzimă specifică numită fotoliază pentru a vâna leziunile (6-4) și a le readuce la formele lor sigure și stabile.

Cercetătorii au realizat că izomerul Dewar este, în esență, o baterie moleculară. Efectul de revenire la forma inițială era exact ceea ce căuta echipa lui Nguyen, deoarece eliberează o cantitate semnificativă de căldură.

Bateriile moleculare, în principiu, sunt extrem de eficiente în stocarea energiei. Uleiul de încălzire, poate cea mai populară baterie moleculară utilizată pentru încălzire, este în esență energie solară veche stocată în legături chimice. Pentru a realiza acest lucru, cercetătorii au sintetizat un derivat al 2-pirimidonei, un văr chimic al timinei din ADN, pe care l-au proiectat să se plieze în mod fiabil într-o formă care să elibereze căldură când este necesar, oferind astfel o soluție potențial reutilizabilă pentru stocarea căldurii.

Sursa: Ars Technica

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România