Como os painéis solares perdem a capacidade de gerar eletricidade após o pôr do sol, a energia renovável ainda enfrenta um grande desafio: como armazenar a energia solar para uso posterior, seja em dias nublados ou à noite.
Pesquisadores da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, acreditam ter encontrado uma resposta que poderia evitar a necessidade de grandes sistemas de baterias ou a dependência da rede. Escrevendo na revista Science, a professora associada Grace Han e sua equipe de pesquisa descrevem um novo material que absorve a luz solar, armazena a energia em ligações químicas e depois a libera como calor quando necessário. O material é baseado em uma molécula orgânica modificada chamada pirimidinona e representa um novo avanço na tecnologia de armazenamento de energia solar térmica molecular (MOST).
“O conceito é reutilizável e reciclável”, disse Han Nguyen, estudante de doutorado do Grupo Han e principal autor do estudo.
“Pense em óculos de sol fotocromáticos. Quando você está dentro de casa, eles são apenas lentes transparentes. Você sai para o sol e eles escurecem por conta própria. Quando você volta para dentro, as lentes ficam transparentes novamente”, continuou Nguyen. “Essa mudança reversível é o que nos interessa. Só que em vez de mudar a cor, queremos usar a mesma ideia de armazenar energia, liberá-la quando necessário e depois reutilizar o material indefinidamente.”
Armazenamento de energia solar inspirado no DNA
Os cientistas se inspiram em uma fonte inesperada ao projetar moléculas: o DNA. A estrutura da pirimidinona é semelhante a um componente natural do DNA que pode mudar de forma reversivelmente quando exposto à luz UV.
Usando uma versão sintética desta estrutura, a equipe projetou uma molécula que pode armazenar e liberar energia repetidamente. Para entender melhor por que a molécula permanece estável enquanto retém energia por longos períodos de tempo, os pesquisadores colaboraram com o Distinguished Research Professor da UCLA, Ken Houk. Os modelos computacionais ajudam a explicar como o material é capaz de reter a energia armazenada durante anos sem perdas significativas.
“Priorizamos designs moleculares leves e compactos”, disse Nguyen. “Para este projeto, cortamos tudo o que não era necessário. Removemos tudo o que não era necessário para tornar a molécula o mais compacta possível.”
“Células solares” reutilizáveis
Ao contrário dos painéis solares convencionais, que convertem a luz solar diretamente em eletricidade, este sistema armazena energia quimicamente. A molécula se comporta como uma mola de compressão. Após absorver a luz solar, ele se transforma em uma forma tensa e de alta energia e permanece nesse estado até ser ativado.
Quando exposta a um gatilho, como uma pequena quantidade de calor ou um catalisador, a molécula retorna à sua forma original, liberando a energia armazenada na forma de calor.
“Geralmente a descrevemos como uma célula solar recarregável”, disse Nguyen. “Ele armazena luz solar e pode ser recarregado.”
A molécula também possui uma densidade de energia impressionante. Segundo os pesquisadores, ele pode armazenar mais de 1,6 megajoules de energia por quilograma. Em comparação, as baterias tradicionais de íons de lítio armazenam aproximadamente 0,9 MJ/kg. O novo material também supera as gerações anteriores de switches ópticos de armazenamento de energia.
Novo material poderia usar a luz solar armazenada para ferver água
Um marco importante para a equipe é traduzir as capacidades de armazenamento de alta energia da molécula em uma demonstração prática. Em experimentos, os pesquisadores mostraram que o material pode liberar calor suficiente para ferver água em condições ambientais, algo difícil de conseguir neste campo de pesquisa.
“Ferver água é um processo que consome muita energia”, disse Nguyen. “Podemos ferver água em condições ambientais, o que é uma grande conquista”.
A tecnologia poderá eventualmente suportar uma variedade de utilizações práticas, incluindo sistemas de aquecimento fora da rede para campismo ou aplicações de água quente doméstica. Como o material se dissolve na água, os pesquisadores dizem que um dia ele poderá circular através de coletores solares nos telhados durante o dia e depois ser armazenado em tanques de armazenamento que liberam o calor à noite.
“Com os painéis solares, é necessário um sistema de bateria adicional para armazenar a energia”, disse o coautor Benjamin Baker, estudante de doutorado no laboratório de Han. “Com o armazenamento molecular de energia solar térmica, o próprio material é capaz de armazenar energia da luz solar.”
O projeto é apoiado por uma bolsa Moore Inventor, concedida a Han em 2025, para avançar no desenvolvimento dessas “células solares recarregáveis”.
