Pesquisadores da University of California, Santa Barbara (UCSB) desenvolveram um material líquido capaz de armazenar energia solar diretamente em moléculas químicas e liberá-la posteriormente na forma de calor. O estudo, publicado recentemente na revista Science, descreve um sistema baseado em uma solução de pirimidona Dewar, que funciona como uma espécie de “garrafa de luz solar”.

A proposta busca resolver um dos desafios clássicos da energia solar: o armazenamento da energia captada durante o dia para uso quando não há luz do Sol. Segundo os cientistas, a nova abordagem dispensa baterias convencionais e utiliza um mecanismo molecular que mantém a energia armazenada por longos períodos.

Método pode ajudar a solucionar um problema clássico da energia solar (Imagem: Kewiko / Shutterstock.com)

Como funciona o armazenamento molecular

A tecnologia foi desenvolvida pela professora associada Grace Han e sua equipe na UCSB. O sistema pertence a uma classe emergente chamada Molecular Solar Thermal (MOST), que armazena a energia do Sol diretamente nas ligações químicas das moléculas.

No método proposto, uma solução líquida contém moléculas modificadas de pirimidona fotoresponsiva. Quando expostas à luz solar, essas moléculas passam por uma transformação estrutural reversível: saem de uma configuração de baixa energia e assumem uma forma tensionada e rica em energia.

Cada molécula funciona de maneira semelhante a uma pequena mola. A luz solar “torce” a molécula, levando-a para a configuração Dewar, que concentra energia. Nessa forma, o composto pode permanecer estável por meses ou até anos, sem liberar a energia armazenada.

Quando um gatilho é aplicado — como calor ou ácido — a molécula retorna à sua estrutura original, liberando a energia acumulada na forma de calor.

Processo pode ser repetido diversas vezes

O material foi projetado para ser reutilizável e reciclável, permitindo múltiplos ciclos de armazenamento e liberação de energia.

Han Nguyen, um dos pesquisadores e autor principal do estudo, comparou o mecanismo ao funcionamento de óculos escuros fotocromáticos.

“Pense em óculos fotocromáticos. Dentro de casa, as lentes são transparentes. Ao sair para o sol, elas escurecem automaticamente. Ao voltar para dentro, ficam claras novamente”, explicou Nguyen. “Esse tipo de mudança reversível é o que nos interessa. Só que, em vez de mudar de cor, queremos usar o mesmo princípio para armazenar energia, liberá-la quando necessário e reutilizar o material repetidamente.”

Inspiração na estrutura do DNA

Os pesquisadores se inspiraram em processos naturais. A molécula sintetizada foi baseada na estrutura de um componente presente no DNA, capaz de sofrer mudanças estruturais reversíveis quando exposto à luz ultravioleta.

Sistemas MOST já haviam sido estudados anteriormente, utilizando diferentes reações moleculares reversíveis, como moléculas baseadas em azobenzeno ou sistemas dihidroazuleno/vinilheptafulveno. No entanto, muitas dessas tecnologias ainda se encontram em fases iniciais de pesquisa ou testes piloto.

Segundo os autores, o sistema de pirimidona Dewar é o primeiro da área a alcançar usabilidade prática, representando um avanço significativo.

Energia suficiente para ferver água

Nos experimentos realizados, o isômero Dewar liberou calor suficiente para ferver aproximadamente 0,5 mL de água.

“Ferver água é um processo que exige muita energia”, afirmou Nguyen. “O fato de conseguirmos ferver água em condições ambiente é uma grande conquista.”

Vantagens em relação a baterias

Uma das diferenças centrais em relação às baterias tradicionais é que o novo sistema não converte a energia solar em eletricidade antes de armazená-la. Em vez disso, ele armazena a energia diretamente como calor.

Além disso, as moléculas podem ser carregadas e descarregadas repetidamente sem perder sua estrutura. O isômero Dewar apresenta meia-vida calculada de até 481 dias em temperatura ambiente, indicando estabilidade prolongada.

Outro ponto destacado pelos pesquisadores é a escalabilidade. Como o sistema é composto por moléculas dissolvidas em um líquido, aumentar a capacidade de armazenamento depende apenas de utilizar maiores quantidades da solução. O líquido também pode ser bombeado, transportado e armazenado utilizando sistemas convencionais de tubulação.

Alta densidade energética

De acordo com os dados do estudo, o sistema de pirimidona desenvolvido na UCSB atinge densidade energética de cerca de 1,6 megajoule por quilograma.

Esse valor é aproximadamente o dobro da densidade energética de baterias padrão de íons de lítio, que possuem cerca de 0,9 MJ/kg.

Possíveis aplicações

Os pesquisadores apontam diferentes cenários de uso para a tecnologia. Um exemplo seria um coletor solar instalado no telhado, que faria circular o líquido MOST durante o dia para carregar as moléculas com energia solar.

O líquido energizado poderia ser armazenado em um tanque isolado. Quando fosse necessário calor — para aquecimento de água, preparo de alimentos ou aquecimento de ambientes — a solução passaria por um reator que desencadearia a liberação da energia.

Outra possibilidade é o armazenamento sazonal de energia, no qual a solução seria carregada durante o verão e utilizada para aquecimento no inverno.

Segundo os pesquisadores, o sistema também pode ter potencial para geração de eletricidade, caso seja integrado a geradores termoelétricos ou ciclos termodinâmicos com turbinas.