O uso de energia solar para gerar eletricidade para consumo doméstico ou industrial não é considerado dos mais fiáveis, pois a sua produção vai ser errática, conforme a hora do dia e as condições meteorológicos. E a maioria dos produtores não tem condições para montar super-baterias acumuladoras. Mas um grupo de cientistas da Suécia poderá ter resolvido o problema, graças a uma simples molécula.
Um grupo de investigadores da Universidade Chalmers, na Suécia, tem dado passos grandes no desenvolvimento de uma molécula especial que pode acumular energia solar para uso posterior. A equipa liderada por Kasper Moth-Poulsen criou uma molécula de carbono, hidrogênio e azoto que, quando é atingida por luz solar, recombina-se num isômero, uma molécula que usa os mesmos componentes de outra, mas que tem propriedades diferentes.
Este isômero, que os pesquisadores suecos apelidaram MOST (“molécula para acumulação de energia solar térmica”) pode ser incorporado num sistema de painéis solares, existindo em estado líquido, e essa energia pode ser guardada para ser usada mais tarde, à noite ou com céu nublado. A energia pode ser guardada durante 18 anos, e a sua eficiência energética deixou a equipa de Moth-Poulsen impressionada.
Os investigadores suecos também desenvolveram um catalizador para controlar a libertação de energia acumulada, com um aumento de temperatura considerável, e retorna o isômero à sua configuração original, para ser usado na sua função acumuladora novamente. Isto torna o MOST bastante eficiente como um sistema fechado, em que o líquido captura energia solar, o catalizador liberta-a, geralmente sob a forma de calor, e a molécula volta ao princípio para reiniciar o processo.
Como a reação produzida pela molécula é de natureza térmica e não causa qualquer tipo de poluição nem consome combustíveis fósseis, os investigadores da Universidade Chalmers esperam que este material possa ser usado no futuro como nova forma de aquecimento central para habitações.
Moléculas que armazenam energia solar
Os raios do sol são uma fonte de energia renovável que oferece um enorme potencial. Kasper Moth-Poulsen está desenvolvendo um novo conceito promissor, usando moléculas artificiais que podem capturar, armazenar e liberar energia solar, para que possa ser usado quando o sol não está brilhando.
Novas tecnologias que podem usar energia solar de forma eficiente e barata estão em demanda em todo o mundo. O desenvolvimento é impulsionado pelas mudanças climáticas e pela enorme necessidade da sociedade por tecnologias renováveis.
“Esses são tempos muito interessantes para pesquisadores nesse campo. Esperamos que nossa tecnologia possa ser desenvolvida com rapidez suficiente para contribuir para o progresso atual nessa área ”, diz Kasper.
Atualmente, a energia solar não pode ser armazenada. Tem que ser usado imediatamente, quando o sol está brilhando. Este é um grande problema, particularmente em nossos climas mais frios do norte. A tecnologia que está sendo desenvolvida por Kasper e sua equipe permitirá que a energia solar seja usada quando e onde for necessária.
“A tecnologia tradicional usa células solares e uma bateria, mas estamos tentando criar uma unidade única integrada. Nosso conceito MOST - Molecular Solar Thermal - converte energia solar em energia química, que é armazenada em moléculas especialmente projetadas. Quando precisamos da energia, podemos acionar as moléculas para liberá-la, para que ela possa ser usada para aquecer edifícios, por exemplo, ou ser convertida em eletricidade. ”
Uma ideia nascida na Califórnia
Kasper estudou química na Universidade de Copenhague e depois fez um PhD em Eletrônica Molecular. Alguns anos mais tarde, na ensolarada Califórnia, quando era pós-doutorado na Universidade da Califórnia, em Berkeley, começou a trabalhar no armazenamento de energia térmica. Quando Kasper se mudou para a Chalmers University of Technology em 2011, ele trouxe consigo a ideia de armazenar energia solar em moléculas a serem desenvolvidas por sua própria equipe de pesquisa. A tecnologia está sendo desenvolvida com financiamento da Fundação Knut e Alice Wallenberg.
“A concessão nos dá a coragem de tentar projetos um pouco mais arriscados, com um período de tempo um pouco mais longo. Eu posso ter uma equipe de pesquisa maior, o que tem um enorme impacto no tipo de problemas que podemos abordar. Uma grande concessão desse tipo também é uma forma de reconhecimento e me dá maior confiança como pesquisador ”.
“Juntamente com pesquisadores da UC Berkeley, realizamos experimentos mostrando que podemos armazenar e liberar energia solar usando as mesmas moléculas. Este é, na verdade, um conceito antigo dos anos 70 que ganhou novo ímpeto nos últimos anos. Usando o potencial oferecido pela nova tecnologia de computação, somos mais capazes de projetar moléculas e entender como elas funcionam. ”
Kasper menciona que os resultados, publicados em 2012, atraíram muita atenção internacional. No ano passado, sua equipe de pesquisa fez outro importante avanço quando mostrou que eles poderiam melhorar a eficiência de armazenamento e conversão de energia por essas moléculas.
A equipe de pesquisa cresceu de três para 15 pessoas em dois anos. Isso por si só é um desafio para um jovem líder de pesquisa, mas com mais pesquisadores, ele também será capaz de abordar questões maiores e mais difíceis. Kasper acredita que o ambiente interdisciplinar da Chalmers oferece perspectivas particularmente boas para o sucesso de um projeto desse tipo.
“Sou químico, mas trabalho muito com físicos, incluindo Paul Erhart aqui no mesmo corredor, que também é bolsista da Wallenberg Academy. Ele calcula nossas moléculas e faz modelos computacionais de mecânica quântica de como eles devem funcionar. Então nós os testamos.
Um nano catalisador
Kasper explica que a ideia é que seja possível reutilizar as mesmas moléculas repetidas vezes. Todo o processo ocorre em um sistema fechado sem impactos ambientais prejudiciais na forma de emissões de dióxido de carbono ou produtos químicos.
“A pesquisa que estamos fazendo não é apenas sobre o desenvolvimento de uma nova molécula; abrange todo o processo desde o armazenamento até a liberação da energia. ”
Um desafio que a equipe enfrenta é melhorar a absorção de energia solar pela molécula, para aproveitar o máximo possível de luz solar. As células solares baseadas em silício no mercado convertem apenas até 32% da luz solar em energia. Kasper está objetivando maior eficiência.
“Também estamos fazendo esforços extenuantes usando a nanotecnologia para desenvolver um catalisador que ajudará a liberar a energia armazenada. É um processo longo, mas recentemente descobrimos um novo catalisador que parece funcionar. ”
Quanto maior a temperatura da energia térmica extraída das moléculas, mais aplicações potenciais haverá.
“No momento estamos atingindo cerca de 50 ° C, mas gostaríamos muito de ir muito além disso - a 100 ° C ou mais. Teremos que ver até onde chegaremos.
Interesse da indústria
Moléculas e nano catalisadores estão sendo desenvolvidos no laboratório de química no mesmo andar que o escritório de Kasper. Aqui também há um laboratório de tecnologia no qual os pesquisadores realizam demonstrações do conceito de armazenamento de energia. Eles começam com experiências muito simples usando lâmpadas solares que iluminam o líquido com as moléculas. No momento, uma classe de moléculas chamadas norbornadienes está sendo testada.
“Nos próximos cinco anos, esperamos poder passar da pesquisa básica para demonstrações mais realistas dos conceitos”.
A indústria de energia solar já mostrou interesse na tecnologia. Mas Kasper quer fazer algum progresso antes de entrar em colaborações definitivas.
“Embora isso seja pura pesquisa básica, esperamos que, quando o projeto terminar em 5 a 10 anos, tenhamos chegado a um bom caminho ao longo do caminho para futuras aplicações de nicho. Passo a passo, dependendo de como somos bem sucedidos, esperamos poder identificar potenciais de vários tipos. ”
Texto Susanne Rosén
Tradução Maxwell Arding
Foto Magnus Bergström
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