Prima di procedere
Un team di ricercatori delle Università della California a Santa Barbara e Los Angeles ha sviluppato una molecola rivoluzionaria, ispirata alla struttura del DNA, capace di immagazzinare energia solare per lunghi periodi, aprendo nuove prospettive per il riscaldamento domestico sostenibile. Questa innovazione si basa sul principio dell'inversione termica molecolare, un processo in cui una molecola assorbe energia sotto l'effetto della luce e la rilascia in modo controllato.
La molecola sintetizzata è un derivato del 2-pirimidone, un composto affine alla timina presente nel DNA. L'idea alla base di questa scoperta deriva da un processo naturale: l'irradiazione ultravioletta può causare danni al DNA, trasformandolo in isomeri di Dewar ad alta energia. Sebbene questo fenomeno possa portare a problemi oncologici negli esseri umani, nel contesto dell'accumulo di calore si rivela un metodo efficace per conservare energia a lungo termine.
La molecola è in grado di assorbire la luce ultravioletta nello spettro UV-A e UV-B (circa 300-310 nm). L'isomero che si forma è estremamente stabile, con un'emivita di ben 481 giorni a temperatura ambiente. Ciò significa che l'energia può essere immagazzinata per mesi senza perdite significative, accumulandola durante l'estate e utilizzandola nei mesi invernali. Questa caratteristica rappresenta un notevole passo avanti rispetto alle tradizionali tecniche di riscaldamento dell'acqua solare, che non permettono di conservare il calore per periodi prolungati.
A temperatura ambiente, la molecola si presenta in forma liquida ed è facilmente solubile in acqua, evitando l'uso di solventi organici tossici. Gli esperimenti hanno dimostrato che può sopportare almeno 20 cicli di carica/scarica con una minima degradazione. A differenza dei precedenti sistemi di accumulo termico molecolare, che richiedevano solventi tossici e compromettevano la densità energetica, la natura liquida di questa nuova molecola permette di utilizzarla in forma pura. Inoltre, la sua solubilità in acqua facilita la rimozione in caso di perdite accidentali.
Il rilascio del calore immagazzinato avviene tramite l'aggiunta di un catalizzatore acido. Il calore viene quindi trasferito a uno scambiatore di calore per riscaldare gli ambienti domestici. Tuttavia, l'aggiunta del catalizzatore diluisce il fluido termovettore, riducendo la densità di accumulo energetico. I ricercatori stanno lavorando per risolvere questo problema, cercando un modo per mantenere il catalizzatore separato dal volume principale del fluido.
Nonostante questa sfida, le caratteristiche finora ottenute sono eccezionali. La densità di energia accumulata raggiunge 1,65 MJ/kg, quasi il doppio rispetto alle batterie agli ioni di litio (meno di 1 MJ/kg) e significativamente superiore ai precedenti materiali molecolari (norbornadiene: 0,97 MJ/kg, azoborinine: 0,65 MJ/kg). Questo apre la strada a un accumulo stagionale compatto di energia solare, ideale per il riscaldamento degli edifici. Il fluido potrebbe circolare attraverso i pannelli solari sul tetto, caricarsi, essere stoccato in serbatoi nel seminterrato e, quando necessario, passare attraverso il catalizzatore per trasferire il calore al sistema di riscaldamento o all'acqua calda sanitaria.
Questa tecnologia si propone come un'alternativa ecologica ai combustibili tradizionali per il periodo invernale. Tuttavia, presenta ancora delle limitazioni che ne ostacolano l'immediata commercializzazione. La molecola sfrutta solo una piccola porzione dello spettro solare (circa il 5%, concentrandosi sull'ultravioletto), non reagendo alla luce visibile e all'infrarosso. Inoltre, l'efficienza quantica di conversione è ancora bassa, richiedendo tempi di irradiazione prolungati. L'uso di un catalizzatore acido complica ulteriormente il sistema e richiede passaggi aggiuntivi per la sua neutralizzazione. Gli autori sottolineano la necessità di ulteriori miglioramenti, come l'ampliamento dello spettro di assorbimento e la semplificazione del meccanismo di scarica, per rendere la tecnologia realmente applicabile.
In sintesi, la scoperta di questa molecola ispirata al DNA rappresenta un passo significativo verso un futuro energetico più sostenibile, offrendo una soluzione innovativa per l'accumulo di energia solare a lungo termine. Sebbene siano necessari ulteriori sviluppi, il potenziale di questa tecnologia per ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e promuovere un riscaldamento domestico ecologico è innegabile.
