Uma molécula de hidrocarboneto como fornecedor e solução de armazenamento de energia para energia solar
Espectro de absorção calculado. Wigner amostrou o espectro de absorção de QC usando 10.000 condições iniciais ampliadas por um Gaussiano (FWHM = 0,1 eV). Calculado usando geometrias e energias no nível de teoria RMS(9)-CASPT2(2,6)/6-31 G* + D. Crédito:Química da Natureza (2024). DOI:10.1038/s41557-023-01420-w Até agora, a geração e o armazenamento de eletricidade a partir da energia solar têm estado dependentes de vários dispositivos, levando a perdas de conversão. Isso pode mudar em breve, à medida que químicos da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) e outros institutos de pesquisa na Alemanha, Austrália, Reino Unido, Itália, Suécia e EUA estão conduzindo pesquisas sobre uma molécula de hidrocarboneto que pode converter a luz solar em eletricidade ou economizar energia por um longo tempo na forma química.
Isso poderia abrir caminho para módulos solares orgânicos inteiramente novos. Os fundamentos para conversão e armazenamento usando a molécula foram publicados na revista Nature Chemistry .
Continuam grandes as esperanças de que a energia solar seja um importante motor da transformação energética. No entanto, como a luz solar é uma fonte de energia altamente volátil, deve ser encontrada uma solução para armazenar energia de forma eficiente.
"Até agora, transferimos eletricidade de módulos solares que não são consumidos imediatamente para uma bateria, onde pode ser usada como e quando necessário", explica o Prof. Julien Bachmann, Presidente de Química de Materiais de Filme Fino (CTFM) em FAU. "Ao mudar repetidamente entre energia química e elétrica, pelo menos 30% da energia convertida original é perdida durante o processo de armazenamento da bateria."
Juntamente com Michael Bosch, doutorando na Cátedra CTFM, Bachmann espera obter uma nova propriedade de um material conhecido, convertendo a luz solar em energia elétrica ou armazenando a energia, dependendo dos requisitos. O material em questão é o norbornadieno, um isômero de hidrocarboneto que consiste em dois anéis moleculares. Se o norbornadieno for exposto à luz ultravioleta, uma reorganização parcial das ligações atômicas leva à sua conversão no quadriciclano de estrutura semelhante, mas mais altamente tenso.
“O processo de conversão já é conhecido, porém as pesquisas têm se concentrado até agora na recuperação da energia armazenada na forma de calor”, explica Bachmann. “Nossa nova abordagem envolve controlar o processo para permitir que a energia armazenada também seja disponibilizada como eletricidade, mesmo depois de meses”.
Os cientistas ainda não compreendem completamente os mecanismos físico-químicos por trás das transições entre os isômeros. Pesquisadores da Austrália, Reino Unido, Itália, Suécia e EUA estão trabalhando em conjunto com colegas da FAU para obter uma melhor compreensão do processo usando espectroscopia de fotoelétrons.
Bachmann afirma:"Quanto mais sabemos sobre a dinâmica da transformação foto e eletroquímica, melhor podemos modificar o design da molécula para se adequar às funções desejadas."
O objetivo de pesquisas futuras é, por exemplo, não apenas utilizar a excitação ultravioleta, mas também um amplo espectro de luz solar para a excitação de elétrons. “Há muito potencial”, explica Bachmann. "A densidade de energia pura do sistema norbornadieno-quadriciclano é comparável a uma bateria de íons de lítio."
Se os pesquisadores conseguirem controlar de forma confiável a conversão reversível de norbornadieno-quadriciclano, isso não só levaria a um módulo solar eficiente que também seria adequado para armazenar eletricidade. O material orgânico à base de hidrocarbonetos também seria de produção económica, não exigiria metais raros e seria fácil de eliminar ou reciclar de uma forma amiga do ambiente no final do seu ciclo de vida.
