{"id":135351,"date":"2023-03-21T10:44:15","date_gmt":"2023-03-21T09:44:15","guid":{"rendered":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=135351"},"modified":"2023-03-21T10:44:15","modified_gmt":"2023-03-21T09:44:15","slug":"nuevas-vias-para-acumular-calor-solar-mediante-reacciones-moleculares-fotoactivadas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2023\/03\/21\/135351","title":{"rendered":"Nuevas v\u00edas para acumular calor solar mediante reacciones moleculares fotoactivadas"},"content":{"rendered":"

Autor: Juan M. Coronado, Instituto de Cat\u00e1lisis y Petroleoqu\u00edmica de Madrid, CSIC<\/strong><\/p>\n

La utilizaci\u00f3n de las energ\u00edas renovables es uno de los pilares de la descarbonizaci\u00f3n del sistema energ\u00e9tico que es necesaria para estabilizar el clima. Sin embargo, la intermitencia inherente a estos recursos requiere el apoyo de sistemas de acumulaci\u00f3n de energ\u00eda, que permitan adaptar la generaci\u00f3n de energ\u00eda al ritmo de consumo que precisa una sociedad tecnol\u00f3gicamente avanzada. Aunque existen diversas soluciones para hacer frente a la disminuci\u00f3n temporal de la producci\u00f3n renovable, que van desde el uso de bater\u00edas de distinta tipo a los sistemas de bombeo de agua, la diversidad de aplicaciones posibles requiere una elevada flexibilidad tecnol\u00f3gica que s\u00f3lo es posible alcanzar combinando distintas aproximaciones.<\/span><\/p>\n

En este sentido, el almacenamiento molecular de energ\u00eda solar t\u00e9rmica (MOST seg\u00fan el acr\u00f3nimo en ingl\u00e9s) es una v\u00eda novedosa y muy prometedora para acumular este recurso renovable [1]. Esta tecnolog\u00eda se basa en la activaci\u00f3n de una mol\u00e9cula org\u00e1nica adecuada (por ejemplo, norbornadienos, dihidroazulenos, y azobencenos entre otras) mediante su iluminaci\u00f3n. Como consecuencia el compuesto se fotoisomeriza, es decir, cambia de configuraci\u00f3n por efecto de la luz, pero mantiene invariable su composici\u00f3n (ver Figura). De este modo, la energ\u00eda de los fotones queda almacenada en los enlaces qu\u00edmicos en estas mol\u00e9culas, que act\u00faan como foto-conmutadores, y puede ser liberada a demanda en forma de calor. En este proceso, la mol\u00e9cula fotoactiva alterna entre la configuraci\u00f3n del estado fundamental y un estado excitado metaestable, y la diferencia de energ\u00eda entre ambas es la entalp\u00eda de isomerizaci\u00f3n (\u0394H<\/em>iso<\/sub>), que se acumula en este sistema qu\u00edmico.  Los derivados del azobenceno, compuestos que est\u00e1n constituidos por un grupo -N=N- enlazando dos fenilos (ver Figura), experimentan importantes cambios estructurales y de polaridad tras la isomerizaci\u00f3n E-Z<\/em>, lo que a menudo da lugar a un cambio de estado de s\u00f3lido a l\u00edquido. Esta transici\u00f3n de fase fotoinducida aumenta la densidad total de energ\u00eda, ya que adem\u00e1s de la energ\u00eda de   isomerizaci\u00f3n \u0394Hiso<\/sub><\/em>, el calor latente de la fusi\u00f3n del s\u00f3lido se puede almacenar tambi\u00e9n de forma simult\u00e1nea. Los compuestos MOST con transici\u00f3n de fase presentan densidades de energ\u00eda superiores a 300 J\/g, que son muy atractivas para diversas aplicaciones energ\u00e9ticas. <\/span><\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Sin embargo, en estos sistemas moleculares la transici\u00f3n de fase s\u00f3lido-l\u00edquido puede presentar algunos inconvenientes pr\u00e1cticos. Por una parte, la fusi\u00f3n puede aumentar el riesgo de fuga del compuesto org\u00e1nico del sistema, provocando potenciales problemas de seguridad. Por otro lado, las importantes interacciones moleculares de tipo \u03c0-\u03c0, dificultad la transformaci\u00f3n de fase a temperatura ambiente, por lo que a menudo la activaci\u00f3n mediante iluminaci\u00f3n no es suficiente para inducir la fusi\u00f3n y resulta necesario aportar calor adicional. Para solventar estos problemas, recientemente investigadores de la Universidad de Brandeis, (EE.UU.) han propuesto la utilizaci\u00f3n de separadores moleculares 3D en la matriz s\u00f3lida de las mol\u00e9culas fotoactivas de azobenceno [2], lo que reduce su densidad de empaquetamiento y permite que la isomerizaci\u00f3n ocurra a temperatura ambiente en la fase cristalina.  Para faciltar esta funci\u00f3n se ha seleccionado el compuesto adamantano, ya que permite establecer una disposici\u00f3n tetra\u00e9drica de azobencenos, y reduce el grado de interacciones intermoleculares \u03c0-\u03c0.  Este nuevo sistema compuesto da lugar a una transici\u00f3n de fase de cristalina a amorfa tras la fotoactivaci\u00f3n, y la energ\u00eda implicada en este proceso tambi\u00e9n puede ser acumulada, pero manteniendo el material en estado s\u00f3lido y evitando por tanto las complicaciones derivadas de la formaci\u00f3n de l\u00edquidos. No obstante, la densidad energ\u00e9tica total (141 J\/g) no es tan alta como en otros sistemas debido al efecto de diluci\u00f3n por la presencia del aditivo.<\/span><\/p>\n

Referencias<\/strong><\/p>\n

[1].  Z. Wang, A. Roffey, R. Losantos, A. Lennartson, M. Jevric, A. U. Petersen, M. Quant, A. Dreos, X. Wen, D. Sampedro, K. B\u00f6rjesson, K Moth-Poulsen, Energy Environ. Sci., , 12 (2019) 187-193. DOI: 10.1039\/C8EE01011K<\/p>\n

[2]. X. Li, S. Cho, G. G. D. Han, ACS Mater. Au, 3 (2023) 37\u221242. doi.org\/10.1021\/acsmaterialsau.2c00055<\/p>\n

Contacto<\/strong><\/p>\n

Antonio L\u00f3pez de Lacey, Investigador Responsable del grupo FCF del Programa FotoArt-CM<\/a>.
\nCoordina FotoArt-CM<\/a>: V\u00edctor A. de la Pe\u00f1a O\u00b4Shea, Instituto IMDEA Energ\u00eda.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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