“Imbottigliare” il sole: la molecola che batte il Litio e rilascia calore a comando

Il tallone d’Achille delle energie rinnovabili è noto anche ai sassi: il sole, purtroppo o per fortuna, tramonta. Fino ad oggi, la risposta standard a questo problema intermittente è stata l’accumulo tramite batterie, costose, pesanti e legate a catene di approvvigionamento complesse. Ma se potessimo “congelare” l’energia solare in un liquido e rilasciarla sotto forma di calore intenso solo quando serve, magari mesi dopo?

Non è fantascienza, ma il risultato di una ricerca condotta dai chimici della UC Santa Barbara, che potrebbe aver appena reso obsolete le attuali generazioni di stoccaggio termico e che ha portato alla pubblicazione di un paper su Science.

 Il team ha sviluppato una molecola capace di catturare la luce solare, immagazzinarla nei suoi legami chimici per anni e rilasciarla come calore sufficiente a far bollire l’acqua. Il tutto con una densità energetica che fa impallidire le batterie agli ioni di litio.

Molecola del Pyrmidone

Non elettricità, ma calore “on demand”

È fondamentale comprendere la natura tecnica di questa innovazione. Non stiamo parlando di pannelli fotovoltaici che convertono luce in elettricità, ma di un campo in rapida ascesa noto come MOST (Molecular Solar Thermal energy storage).

Il materiale in questione è un composto organico modificato chiamato pirimidone. Il principio di funzionamento è elegantemente semplice, quasi meccanico:

• La molecola agisce come una molla.
• Quando viene colpita dalla luce solare, si “torce” assumendo una configurazione ad alta energia.
• Rimane bloccata in questo stato di tensione finché non viene attivata da un innesco (calore o un catalizzatore).
• A quel punto, scatta indietro alla forma originale, rilasciando l’energia accumulata sotto forma di calore.

Come spiega Han Nguyen, autore principale dello studio: “Pensate agli occhiali fotocromatici. Entri in una stanza e sono chiari, esci al sole e si scuriscono. Noi vogliamo usare lo stesso principio reversibile non per cambiare colore, ma per accumulare energia e rilasciarla a comando, riutilizzando il materiale più e più volte”.

La cosa curiosa è che questo fenomeno nel DNA, è colpevole dell’insorgenza di tumori se esposti ai raggi UV, mentre separato crea la possibilità di accumulare energia.

I dati: il confronto con il Litio

Qui le cose si fanno interessanti per chi guarda ai numeri e all’efficienza dei sistemi. La densità energetica è il parametro chiave che spesso affossa le nuove tecnologie prima ancora che arrivino sul mercato. La nuova molecola della UC Santa Barbara, invece, mostra muscoli inaspettati.

Ecco un confronto diretto basato sui dati forniti dallo studio pubblicato su Science:

La molecola offre quasi il doppio della densità energetica rispetto a una batteria al litio standard. In test di laboratorio, il calore rilasciato è stato sufficiente a far bollire l’acqua in condizioni ambientali, un traguardo che segna il passaggio dalla teoria all’applicazione pratica. “Far bollire l’acqua è un processo ad alta intensità energetica”, sottolinea Nguyen. “Riuscirci a temperatura ambiente è un risultato notevole”.

Ispirazione biologica e ingegneria molecolare

L’ironia della sorte vuole che per superare la tecnologia inorganica, i ricercatori abbiano guardato alla biologia. La struttura del pirimidone ricorda un componente del DNA capace di cambiamenti reversibili sotto la luce UV.

Collaborando con la UCLA per la modellazione computazionale, il team della professoressa Grace Han ha sintetizzato una versione che massimizza la compattezza. “Abbiamo tagliato tutto ciò che non serviva”, dicono i ricercatori. Un approccio essenziale, volto a ridurre il peso e aumentare l’efficienza, che ricorda certi principi di ottimizzazione industriale.

Come il Pirimidone nel DNA viene a spezzarsi se raggiunto da un fotone di luce UV

Applicazioni economiche e infrastrutturali

Qual è l’impatto potenziale sul sistema economico e residenziale? Attualmente, per avere acqua calda solare di notte, serve un serbatoio coibentato (che perde calore) o un sistema fotovoltaico accoppiato a batterie elettriche e resistenze.

Con il sistema MOST, il “carburante” è il liquido stesso. Essendo solubile in acqua, questo materiale potrebbe:

1. Circolare nei pannelli solari sul tetto durante il giorno per “caricarsi”.
2. Essere stoccato in serbatoi a temperatura ambiente (senza perdite termiche).
3. Essere attivato di notte per fornire riscaldamento o acqua calda.Perché il vantaggio è avere, appunto, calore a richiesta.

Benjamin Baker, co-autore dello studio, sintetizza bene il vantaggio infrastrutturale: “Con i pannelli solari classici serve un sistema di batterie aggiuntivo. Qui, il materiale stesso è la batteria“.

Siamo di fronte a una “batteria solare ricaricabile” liquida. La ricerca, supportata dalla Moore Inventor Fellowship, è ancora in fase di sviluppo, ma la direzione è tracciata. Se il processo di sintesi si dimostrerà scalabile industrialmente, potremmo avere una soluzione decentralizzata per il riscaldamento che riduce la dipendenza dalla rete elettrica e dal gas, con buona pace dei grandi distributori centralizzati. Un piccolo passo per la chimica, un potenziale salto per l’autonomia energetica domestica.

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