La intensa luz del sol, que tantas veces nos obliga a buscar sombra o usar protección, podría ser la clave para resolver uno de los mayores desafíos energéticos del planeta. En la ciudad de Boston, el clima suele ser diferente, pero cuando la profesora de química Grace Han viajó al sur de California, experimentó de primera mano la fuerza del sol en su propia piel irritada. Tras mudarse el año pasado para trabajar en la Universidad de California en Santa Bárbara, Han comenzó a usar gafas oscuras, crema solar y sombrero, lo que la llevó a investigar a fondo cómo la energía solar interactúa con el cuerpo.
La inspiración detrás del almacenamiento molecular
Al investigar la fotoquímica del ADN como un pasatiempo, la profesora Han descubrió que las moléculas en la piel humana que sufren daños por las quemaduras solares cambian su estructura física. Estas moléculas se retuercen, adoptando una versión más tensa de su forma original cuando son irritadas por el sol. Este fenómeno biológico sirvió como base para una innovadora tecnología conocida como almacenamiento molecular de energía solar termal, o MOST por sus siglas en inglés.
El funcionamiento de esta tecnología a nivel microscópico se puede comparar con el mecanismo de una trampa para ratones:
- Se prepara el sistema al hacer que ciertas moléculas cambien de forma al recibir estimulación de luz.
- Las moléculas almacenan la energía de forma segura durante ese proceso de transformación estructural.
- Posteriormente, se estimula a las moléculas mediante un detonante químico para que regresen a su forma original.
- Al volver a su estado natural, las moléculas liberan toda la energía térmica que tenían acumulada en su interior.
El poder de la naturaleza y la simulación computacional
Durante décadas, los científicos buscaron activamente moléculas con estas características de almacenamiento, pero la evolución ya había perfeccionado mecanismos similares en la naturaleza. Ciertos organismos vivos utilizan una enzima llamada fotoliasa para reparar de forma eficiente las moléculas contorsionadas por el sol. Aprovechando este principio orgánico, la profesora Han identificó que estas moléculas eran candidatas perfectas para el sistema MOST debido a que son diminutas y pueden almacenar cantidades enormes de energía en relación con su masa total.
Para lograr este hito, el trabajo en equipo fue vital. La profesora Han resaltó que los análisis de computadora creados por su colaborador Kendall Houk y su equipo de investigación en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) fueron cruciales para predecir cómo actuaría la molécula.
En un estudio científico publicado en febrero de este año, los especialistas detallaron el sistema de almacenamiento más prometedor hasta el momento en términos de su densidad energética. La capacidad demostrada en laboratorio fue tan sorprendente que el sistema logró hervir rápidamente una pequeña cantidad de agua contenida en un vial, un resultado extraordinario que los estudiantes le comunicaron asombrados a la profesora.
Según el investigador Kasper Moth-Poulsen, de la Universidad Politécnica de Barcelona en España, este avance es sumamente destacable. La publicación registró una densidad de 1,65 megajulios por kilogramo, superando de manera significativa la densidad energética de las populares baterías de iones de litio utilizadas masivamente hoy en día en teléfonos celulares y vehículos eléctricos.
Los desafíos técnicos de la tecnología MOST
A pesar de su enorme potencial energético, la tecnología en su fase actual enfrenta limitaciones importantes que deben pulirse:
- El sistema requiere una luz ultravioleta muy severa, con una longitud de onda de 300 nanómetros, para activar el cambio molecular, la cual llega a la Tierra solo en cantidades muy pequeñas desde el Sol.
- El detonante utilizado en los ensayos para que las moléculas liberen su energía fue el ácido clorhídrico, una sustancia química altamente corrosiva.
- Este ácido debe ser neutralizado cuidadosamente tras su uso, un factor que la propia profesora Han reconoce que no es la opción más ideal para una implementación comercial.
Adicionalmente, el experto Harry Hoster, director del Centro ZBT para Tecnología de Celdas Combustibles de hidrógeno en la Universidad de Duisberg-Essen en Alemania, señala limitantes físicas. Las moléculas sensibles a la luz deben extenderse en capas sumamente delgadas para que la luz logre penetrar a todas ellas, estimando un grosor óptimista máximo de apenas 5 milímetros. Mantener estas moléculas en estado líquido también requeriría la instalación de bombas, lo cual añade costos y mayor riesgo de fallas o roturas al sistema.
Un futuro sin dependencia de los combustibles fósiles
Las aplicaciones futuras de la tecnología MOST son prometedoras, especialmente para intentar descarbonizar el complejo sector de la calefacción. A diferencia de los sistemas basados en combustibles fósiles tradicionales, MOST tiene la inmensa ventaja de operar sin quemar absolutamente nada. Moth-Poulsen recalca que la energía solar está disponible en todo el mundo, lo que evitaría la dependencia de rutas de suministro problemáticas como el paso por el estrecho de Ormuz. Además, la energía térmica podría almacenarse de esta manera molecular durante años o incluso décadas antes de ser utilizada.
En la actualidad, investigadores como John Griffin de la Universidad de Lancaster también trabajan arduamente en versiones de estado sólido de esta tecnología. Estas variantes podrían aplicarse, por ejemplo, como revestimientos transparentes integrados en las ventanas, desprendiendo calor para evitar la condensación de los vidrios o para calentar directamente las habitaciones. Aunque la comunidad científica enfocada en los sistemas MOST sigue siendo un nicho relativamente pequeño —con apenas unos 70 participantes en su reciente conferencia internacional—, se perfila como una ciencia emergente con un enorme potencial.
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