Uma vez que os painéis solares perdem a capacidade de produzir eletricidade após o pôr do sol, permanece um grande desafio para as energias renováveis: como armazenar a energia solar para utilização posterior, seja em tempo nublado ou durante a noite.
Pesquisadores da UC Santa Bárbara acreditam ter encontrado uma resposta que evita a necessidade de sistemas de baterias massivos ou a dependência da rede elétrica. Escrevendo na revista Science, a professora associada Grace Hahn e sua equipe de pesquisa descrevem um novo material capaz de absorver a luz solar, armazenando essa energia em ligações químicas e posteriormente liberando-a na forma de calor sempre que necessário. O material é baseado em uma molécula orgânica modificada chamada pirimidona e representa um novo passo na tecnologia de armazenamento de energia solar térmica molecular (MOST).
“O conceito é reutilizável e reciclável”, disse Han Nguyen, estudante de doutorado do grupo de Han e principal autor do estudo.
“Pense em óculos de sol fotocromáticos. Quando você está dentro de casa, eles são apenas lentes transparentes. Você entra no sol e eles escurecem por conta própria. Volte para dentro e as lentes ficarão transparentes novamente”, continuou Nguyen. “Esse tipo de mudança reversível nos interessa. Em vez de apenas mudar a cor, queremos usar o mesmo conceito para armazenar energia, liberá-la quando precisarmos e depois reutilizar o material continuamente.”
Armazenamento de energia solar inspirado no DNA
Ao projetar a molécula, os cientistas se inspiraram em uma fonte inesperada: o DNA. A estrutura da pirimidona é semelhante a um elemento natural do DNA que pode mudar de forma quando exposto à luz ultravioleta.
Usando uma versão sintética dessa estrutura, a equipe criou uma molécula capaz de armazenar e liberar energia repetidamente. Para entender melhor por que a molécula era estável enquanto retinha energia por longos períodos de tempo, os pesquisadores fizeram parceria com o distinto professor pesquisador da UCLA, Ken Houk. A modelagem computacional ajudou a explicar como o material pode reter a energia armazenada durante anos sem danos significativos.
“Priorizamos um design molecular leve e compacto”, disse Nguyen. “Para este projeto, cortamos tudo o que não precisávamos. Tudo o que era desnecessário, retiramos para deixar a molécula o mais compacta possível.”
Uma “bateria solar” reutilizável
Ao contrário dos painéis solares padrão que convertem diretamente a luz solar em eletricidade, este sistema armazena energia quimicamente. A molécula se comporta como uma mola comprimida. Depois de absorver a luz solar, ele transita para uma forma suprimida de alta energia e permanece nesse estado até ser ativado.
Quando exposta a um gatilho – como uma pequena quantidade de calor ou um catalisador – a molécula retorna à sua forma original, liberando a energia armazenada na forma de calor.
“Normalmente descrevemos isso como uma bateria solar recarregável”, disse Nguyen. “Ele armazena luz solar e é recarregável.”
As moléculas fornecem uma densidade de energia impressionante. Segundo os pesquisadores, ele armazena mais de 1,6 megajoules de energia por quilograma. Em comparação, uma bateria convencional de íons de lítio armazena cerca de 0,9 MJ/kg. O novo material também supera as gerações anteriores de interruptores ópticos de armazenamento de energia.
O novo material pode ferver água usando a luz solar armazenada
Um marco importante para a equipe envolveu transformar a alta capacidade de armazenamento de energia da molécula em uma demonstração prática. Em experimentos, os pesquisadores demonstraram que o material pode liberar calor suficiente para ferver água em condições ambientais, o que é difícil de realizar nesta área de pesquisa.
“Ferver água é um processo que consome muita energia”, disse Nguyen. “O fato de podermos ferver água em condições ambientais é uma grande conquista.”
A tecnologia poderia eventualmente suportar uma variedade de usos no mundo real, incluindo sistemas de aquecimento fora da rede para camping ou aplicações de aquecimento de água doméstica. Como o material se dissolve na água, os pesquisadores dizem que ele pode circular pelos coletores solares nos telhados durante o dia, antes de ser armazenado em tanques que liberam calor à noite.
“Com os painéis solares, é necessário um sistema de bateria adicional para armazenar energia”, disse o coautor Benjamin Baker, estudante de doutorado no laboratório Hahn. “Com o armazenamento molecular de energia solar térmica, o próprio material é capaz de armazenar a energia da luz solar.”
O projeto recebeu apoio da Moore Inventor Fellowship concedida a Hahn em 2025 para o desenvolvimento desta “bateria solar recarregável”.
