Cientistas descobriram como “preservar” o calor solar para o inverno – uma descoberta inspirada pela química do DNA.

O simples aquecimento da água em um coletor solar no telhado não armazena calor por muito tempo. Seria ótimo aquecer o fluido refrigerante no verão e usá-lo no inverno. É exatamente isso que os desenvolvedores de sistemas de armazenamento de calor baseados na inversão térmica molecular estão buscando, onde as moléculas absorvem energia sob a influência da luz e a liberam de forma controlada. Não houve grandes avanços nessa área por um longo tempo, mas agora nosso DNA nos apontou o caminho certo.

Exemplo de um coletor solar para aquecimento de água. Fonte da imagem: Kypros

Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara, e da Universidade da Califórnia, Los Angeles, desenvolveram um derivado da 2-pirimidona, um composto relacionado à timina no DNA. A ideia foi inspirada em um processo natural: a radiação ultravioleta causa danos ao DNA, que podem ser convertidos em isômeros de Dewar de alta energia. Embora isso possa levar ao câncer em humanos, em um sistema de armazenamento de calor, é simplesmente uma maneira de armazenar energia por um longo período. No corpo, esse dano é reparado por uma enzima específica e, em sistemas técnicos, a energia é liberada por meio de catalisadores.

A molécula sintetizada pelos pesquisadores absorve luz ultravioleta nas faixas UV-A e UV-B (aproximadamente 300–310 nm). O isômero resultante é altamente estável, com uma meia-vida de até 481 dias à temperatura ambiente. Isso permite que a energia seja armazenada por meses sem perdas significativas: acumulada no calor de julho e liberada em janeiro.

Líquida à temperatura ambiente, a molécula dissolve-se bem em água, não requer solventes orgânicos tóxicos e, em experimentos, resistiu a 20 ciclos de carga/descarga com degradação mínima. Os refrigerantes moleculares desenvolvidos anteriormente exigiam solventes tóxicos e, portanto, perdiam sua densidade energética, enquanto a natureza líquida da nova molécula permite seu uso sem diluição. Além disso, ela se dissolve em água, facilitando sua remoção, por exemplo, em caso de vazamento em casa.

O processo de descarga — a liberação da energia armazenada — é um processo deO calor é ativado pela adição de um catalisador ácido. O calor é transferido para um trocador de calor e aquece a casa. No entanto, isso ainda apresenta uma desvantagem: a adição de um catalisador dilui o fluido refrigerante e reduz a densidade de armazenamento de energia. Os cientistas ainda precisam resolver esse problema para garantir que o catalisador permaneça separado do volume principal.

Apesar disso, o desempenho recorde alcançado nos experimentos torna o desenvolvimento notável: a densidade de energia armazenada atinge 1,65 MJ/kg, quase o dobro da das baterias de íon-lítio (menos de 1 MJ/kg) e supera significativamente a de materiais moleculares anteriores (norbornadieno — 0,97 MJ/kg, azoborinina — 0,65 MJ/kg). Isso abre a possibilidade de armazenamento sazonal compacto de calor solar, especialmente para aquecimento de edifícios: o líquido pode circular por coletores solares no telhado, ser carregado, armazenado em tanques no subsolo e passar pelo catalisador conforme necessário para transferir calor para o sistema de aquecimento ou água quente.

A abordagem proposta se apresenta como uma alternativa ecologicamente correta aos combustíveis tradicionais para uso no inverno. Apesar dos resultados impressionantes, a tecnologia apresenta limitações que dificultam a implementação comercial imediata. A molécula utiliza apenas cerca de 5% do espectro solar (apenas uma faixa estreita de ultravioleta), não respondendo à luz visível ou à radiação infravermelha, e a eficiência de conversão quântica permanece baixa (apenas alguns fótons a cada 100 reagem), exigindo irradiação prolongada. Além disso, o uso de um catalisador ácido complica o sistema e requer etapas adicionais para sua ativação.neutralização. Os autores enfatizam a necessidade de melhorias adicionais — expandindo o espectro de absorção e simplificando o mecanismo de descarga — para tornar a tecnologia aplicável na prática em condições reais.