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Materiales conmutables que aprovechan la energía solar incluso sin sol

Investigadores del MIT y Harvard descubren moléculas que pueden almacenar la energía del sol para liberarla después en forma de calor.

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El problema de la energía solar es que a veces el sol no brilla, esta este problema que es una obviedad, que pronto podrá quedar obsoleto. Un equipo en del MIT y la Universidad de Harvard han llegado con una solución ingeniosa: un material que puede absorber el calor del sol y almacenar esa energía en forma química, listo para ser liberado de nuevo bajo demanda.

Esta solución no es la panacea de energía solar, porque a pesar de poder producir electricidad, no lo haría de manera eficaz. Sin embargo, para aplicaciones en las que el calor sea adecuado ya sea para calentar edificios, cocinar o alimentar procesos industriales basados ??en el calor, esto solución podría proporcionar una oportunidad para la expansión de la energía solar.

"Podría cambiar el juego, ya que hace que la energía del sol, en forma de calor, sea almacenable y distribuible", dice Jeffrey Grossman, profesor asociado de ciencias de los materiales e ingeniería, co-autor de un artículo que describe el nuevo proceso en la revista Nature Chemistry. Timoteo Kucharski, un post-doctorado en el MIT y Harvard, es el autor principal del artículo.

El principio es simple, algunas moléculas, conocidas como photoswitches, pueden asumir dos formas diferentes, como si tuvieran una bisagra en el medio. La exposición a la luz solar hace que se absorban energía y les provoca el cambio de una configuración a otra, que puede ser estable durante largos períodos de tiempo.

Estos photoswitches se pueden activar para volver a la otra configuración mediante la aplicación de una pequeña sacudida de calor, la luz o la electricidad - y cuando se relajan, emiten calor. En realidad se comportan como las baterías recargables térmicas, teniendo en energía del sol almacenar indefinidamente y luego lo desprenden bajo demanda.

El nuevo trabajo es una continuación de una investigación realizada por Grossman y su equipo hace tres años, sobre la base de análisis por ordenador. Pero la aplicación del trabajo teórico en la práctica resultó desalentadora. Para llegar a la densidad de energía deseada -la cantidad de energía que puede ser almacenada en un peso o volumen de material dado- era necesario tener las moléculas muy próximas entre sí, que resultó ser más difícil de lo previsto.

El equipo de Grossman intentó unir las moléculas a los nanotubos de carbono (CNT), pero es muy difícil de conseguir estas moléculas empaquetadas en un CNT en ese tipo de empaquetamiento compacto, dice Kucharski. Pero entonces se encontraron con una gran sorpresa, a pesar de que lo mejor que podía conseguir era una densidad de empaquetamiento menos de la mitad de lo que sus simulaciones por computadora mostraron que necesitarían, el material, sin embargo, parecía ofrecer el almacenamiento de calor que estaban buscando. Al ver a un flujo de calor mucho mayor de lo esperado para la densidad de energía menor provocó una mayor interés en la investigación, dice Kucharski.

Después de el análisis adicional, se dieron cuenta de que las moléculas photoswitching, llamados azobencen, sobresalen de los lados de los nanotubos de carbono, como los dientes de un peine. Mientras que los dientes individuales tenían dos veces la distancia que los investigadores habían esperado, fueron intercaladas con moléculas de azobenceno adjuntos a CNT adyacentes. El resultado fue que las moléculas estaban en realidad mucho más cerca de lo esperado.

Las interacciones entre las moléculas de azobenceno en nanotubos de carbono vecinos hacen que el material de trabajo, dice Kucharski. Si bien el modelado anterior mostró que el embalaje de azobencenos en el mismo CNT sería proporcionar sólo un aumento del 30 por ciento en almacenamiento de energía, los experimentos observaron un aumento del 200 por ciento . Nuevos simulaciones confirmaron que los efectos de la empaquetadura entre los CNT vecinos, a diferencia de en un único CNT, explican las mejoras significativamente más grandes.

Esta realización, Grossman dice, se abre una amplia gama de posibles materiales para la optimización de almacenamiento de calor. En lugar de buscar moléculas photoswitching específicos, los investigadores ahora pueden explorar varias combinaciones de moléculas y sustratos.

Grossman dice que hay muchas aplicaciones en las que el calor, no la electricidad, podría ser el resultado deseado de la energía solar. Por ejemplo, en muchas partes del mundo, el combustible para cocinar principal es la madera o el estiércol, lo que produce la contaminación del aire en interiores poco saludables, y puede contribuir a la deforestación. La cocina solar podría mejorar esto siendo capaz de almacenar calor para su uso posterior. A diferencia de los combustibles que se queman, este sistema utiliza el material que se puede reutilizar continuamente . No produce emisiones y nada se consume, dice Grossman.

Si bien se necesitan más exploración de materiales y métodos de fabricación para crear un sistema práctico para la producción, Kucharski dice, un sistema comercializable está ahora más cerca.

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