Scientists create organic molecule that stores solar energy for years and releases it as heat on demand/Crean molécula orgánica que almacena energía solar durante años y la libera como calor bajo demanda

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We all agree that solar energy is the cleanest, cheapest, and most unlimited source of energy we have, but it turns out to be quite unpredictable and dependent on factors that, as of today, we cannot control. Therefore, it is necessary to find cost-effective and efficient ways to store this energy. Along these lines, a team of researchers at the University of California, Santa Barbara (UCSB) has made a recent and very exciting breakthrough in the field of solar energy storage.

Todos estamos de acuerdo en que la solar es la más limpia, barata e ilimitada fuente de energía que tenemos, pero resulta que es bastante caprichosa y de pende de factores que, hoy por hoy, no podemos controlar. Por ello es necesario encontrar formas rentables y eficaces de almacenar esta energía. En esta línea, un equipo de investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB) han hecho un avance reciente y muy emocionante en el campo del almacenamiento de energía solar.

This is a modified organic molecule called pyrimidone, which represents a milestone in the field of molecular solar thermal storage (MOST). It is an energy storage system that doesn't convert sunlight into electricity, but rather stores it directly in chemical bonds within the molecule. It functions as a "liquid battery" or "solar fuel" that can store energy for extended periods (reportedly up to three years) and release it as intense heat on demand.

Se trata de una molécula orgánica modificada llamada pirimidona, que representa un hito en el campo del almacenamiento térmico solar molecular (MOST, por sus siglas en inglés). Se trata de un sistema de almacenamiento de energía que no convierte la luz solar en electricidad, sino que la almacena directamente en enlaces químicos dentro de la molécula. Funciona como una "batería líquida" o "combustible solar" que puede guardar energía durante largos períodos (hasta 3 años según los informes) y liberarla como calor intenso bajo demanda.

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The process is based on a reversible photoisomerization mechanism. When the pyrimidone molecule is exposed to UV light (at 300 nm), it absorbs photons and undergoes a structural transformation. A new bond forms across its hexagonal ring, creating two square units. This new configuration is a high-energy isomer that remains in a metastable state. The molecule is "locked" in this high-energy configuration, stretched like a mechanical spring. What is remarkable is that it can maintain this stored energy for years without significant loss.

El proceso se basa en un mecanismo de fotoisomerización reversible, cuando la molécula de pirimidona se expone a luz UV (a 300 nm), absorbe fotones y sufre una transformación estructural. Se forma un nuevo enlace que cruza su anillo hexagonal, creando dos unidades cuadradas. Esta nueva configuración es un isómero de alta energía que permanece en un estado metaestable. La molécula queda "bloqueada" en esta configuración de alta energía, tensada como un resorte mecánico. Lo extraordinario es que puede mantener esta energía almacenada durante años sin pérdidas significativas.

When energy is needed, an acid catalyst or heat is applied, acting as a "trigger." This breaks the extra bond, the molecule returns to its original shape (hexagonal ring), and releases the excess stored energy as enough heat to boil water in 0.5 seconds. Once the energy is released, the molecule can be recharged with sunlight and reused repeatedly. Interestingly, the pyrimidone structure resembles components of DNA that can undergo reversible changes when exposed to UV light. The team designed a synthetic version of this structure to create a molecule capable of stably storing energy.

Cuando se necesita la energía, se aplica un catalizador ácido o calor que actúa como un "gatillo". Esto rompe el enlace adicional, la molécula vuelve a su forma original (anillo hexagonal), y libera el exceso de energía almacenada como calor suficiente para hervir agua en 0.5 segundos . Una vez liberada la energía, la molécula puede recargarse nuevamente con luz solar y reutilizarse repetidamente. Curiosamente, la estructura de pirimidona se parece a componentes del ADN que pueden sufrir cambios reversibles cuando se exponen a luz UV. El equipo, diseñó una versión sintética de esta estructura para crear una molécula capaz de almacenar energía de manera estable .

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This technology belongs to a broader field of research that has existed since 1909 but has experienced a resurgence in the last decade. The development has several potential applications: The resulting solution can be mixed with water in tanks and release heat when needed, for example, storing solar energy in summer for use in winter as a seasonal home heating system. Due to its compact, liquid nature, it could be used in mobile applications such as portable devices, as it does not require complex electrical infrastructure or bulky batteries.

Esta tecnología pertenece a un campo de investigación más amplio que existe desde 1909 pero que ha experimentado un resurgimiento en la última década. El desarrollo tiene varias aplicaciones potenciales: La solución obtenida puede mezclarse con agua en tanques y liberar calor cuando se necesite como por ejemplo almacenar energía solar en verano para usar en invierno como sistema de calefacción doméstica estacional. Por su naturaleza compacta y líquida, podría usarse en aplicaciones móviles de dispositivos portátiles ya que no requiere infraestructura eléctrica compleja ni baterías voluminosas.

The modified pyrimidone from UCSB currently holds the record for energy storage density in this field, surpassing other systems such as those based on azobenzene or norbornadiene. The key to this breakthrough is that, unlike traditional solar fuels that burn irreversibly, this system is completely reversible and recyclable, enabling a closed cycle of energy capture, storage, and release.

La pirimidona modificada de UCSB representa actualmente el récord de densidad de almacenamiento de energía en este campo, superando a otros sistemas como los basados en azobenceno o norbornadieno. La clave de este avance es que, a diferencia de los combustibles solares tradicionales que se queman irreversiblemente, este sistema es completamente reversible y reciclable, permitiendo un ciclo cerrado de captura, almacenamiento y liberación de energía.

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https://interestingengineering.com/innovation/dna-inspired-molecule-solar-heat-storage

https://ecoinventos.com/cientificos-de-la-universidad-de-california-crean-molecula-organica-que-almacena-energia-solar-durante-anos-y-la-libera-como-calor-bajo-demanda/