Um estudo inovador identificou interruptores fotográficos moleculares que podem melhorar o armazenamento de energia solar. Usando a computação quântica, os pesquisadores analisaram um grande banco de dados para encontrar as moléculas mais adequadas para esta tecnologia, marcando um passo significativo na utilização de energia solar livre de emissões. Crédito: SciTechDaily.com
Otimizando interruptores fotográficos moleculares para captação de energia solar.
Photowitches moleculares que podem converter e armazenar energia poderiam ser usados para tornar a captação de energia solar mais eficiente. Uma equipe de pesquisadores usou um Computação quântica método para encontrar uma estrutura molecular particularmente eficiente para este propósito. Como a equipe descreveu no jornal química Aplicadaseu procedimento foi baseado em um conjunto de dados de mais de 400.000 moléculas, que eles analisaram para encontrar a estrutura molecular ideal para materiais de armazenamento de energia solar.
O Projeto MOST: Um Novo Caminho para a Energia Solar
Actualmente, a energia solar é utilizada directamente para gerar electricidade ou indirectamente através da energia armazenada em reservatórios de calor. Uma terceira rota poderia envolver primeiro armazenar a energia do sol em materiais sensíveis à luz e depois liberá-la conforme necessário. O projecto apoiado pela UE MOST (“Armazenamento Molecular de Energia Solar Térmica”) está a explorar moléculas como interruptores fotográficos que podem absorver e armazenar energia solar à temperatura ambiente para tornar uma realidade a utilização totalmente livre de emissões da energia solar.
As equipes de pesquisa de Kurt V. Mikkelsen da Universidade de Copenhague, (Dinamarca) e Kasper Moth – Poulsen da Universidade Técnica da Catalunha, Barcelona (Espanha), examinaram mais de perto os interruptores fotográficos mais adequados para esta tarefa. Eles estudaram moléculas conhecidas como dienos bicíclicos, que mudam para um estado de alta energia quando iluminadas. O exemplo mais proeminente deste sistema dieno bicíclico é conhecido como norbornadieno quadriciclano, mas existe um grande número de candidatos semelhantes. Os pesquisadores explicam: “O espaço químico resultante consiste em aproximadamente 466.000 dienos bicíclicos que testamos quanto à sua potencial aplicabilidade na tecnologia MOST.”
Método de triagem inovador e descobertas promissoras
A triagem de um banco de dados desse tamanho normalmente é feita por aprendizado de máquina, mas isso requer grandes quantidades de dados de treinamento baseados em experimentos do mundo real, que a equipe não possuía. Usando um algoritmo desenvolvido anteriormente e uma nova pontuação de avaliação, “eta”, a triagem e avaliação das moléculas do banco de dados produziram um resultado claro: todas as seis moléculas com pontuação máxima diferiam do sistema original de norbornadieno quadriciclano em um ponto crucial da estrutura. Os investigadores concluíram que esta mudança estrutural, uma expansão da ponte molecular entre os dois anéis de carbono na parte bicíclica, permitiu que as novas moléculas armazenassem mais energia do que o norbornadieno original.
O trabalho dos pesquisadores demonstra o potencial de otimização das moléculas de armazenamento de energia solar. No entanto, as novas moléculas devem primeiro ser sintetizadas e testadas em condições reais. “Mesmo que os sistemas possam ser preparados sinteticamente, não há garantia de que sejam solúveis em solventes relevantes e que realmente sejam fotocomutadores com alto rendimento ou de todo, como assumimos em eta”, alertam os autores.
Impacto e potencial futuro
Apesar disso, a equipe desenvolveu um novo e grande conjunto de dados de treinamento para algoritmos de aprendizado de máquina e, assim, encurtou a árdua etapa de pesquisa antes da síntese para os químicos que enfrentarão tais sistemas no futuro. Os autores prevêem que este repositório muito maior de dienos bicíclicos se tornará útil para pesquisas em interruptores fotográficos para uma variedade de aplicações, tornando potencialmente mais fácil para as moléculas serem adaptadas a requisitos específicos.
Referência: “Searching the Chemical Space of Bicyclic Dienes for Molecular Solar Thermal Energy Storage Candidates” por Andreas Erbs Hillers-Bendtsen, Jacob Lynge Elholm, Oscar Berlin Obel, Helen Hölzel, Kasper Moth-Poulsen e Kurt V. Mikkelsen, 25 de julho de 2023, Edição Internacional de Química Aplicada.
DOI: 10.1002/anie.202309543
