I fotointerruttori molecolari in grado di convertire e immagazzinare energia potrebbero essere utilizzati per rendere più efficiente la raccolta dell’energia solare. Un team di ricercatori ha utilizzato un metodo di calcolo quantistico per trovare una struttura molecolare particolarmente efficiente per questo scopo. Come descrive il team nel diario Angewandte Chemiela loro procedura si basava su un set di dati di oltre 400.000 molecole, che hanno analizzato per trovare la struttura molecolare ottimale per i materiali di stoccaggio dell’energia solare.
Attualmente l’energia solare viene utilizzata direttamente per produrre elettricità oppure indirettamente tramite l’energia immagazzinata nei serbatoi di calore. Una terza via potrebbe comportare prima l’immagazzinamento dell’energia solare in materiali sensibili alla luce e poi il suo rilascio secondo necessità. Il progetto MOST (“Molecular Solar Thermal Energy Storage”), sostenuto dall’UE, sta esplorando molecole come i fotointerruttori che possono assorbire e immagazzinare l’energia solare a temperatura ambiente per rendere realtà l’utilizzo dell’energia solare completamente privo di emissioni.
I gruppi di ricerca composti da Kurt V. Mikkelsen dell’Università di Copenaghen (Danimarca) e Kasper Moth-Poulsen dell’Università Tecnica della Catalogna, Barcellona (Spagna), hanno esaminato più da vicino i fotoswitch più adatti a questo compito. Hanno studiato molecole note come dieni biciclici, che passano a uno stato ad alta energia quando illuminate. L’esempio più importante di questo sistema dienico biciclico è noto come norbornadiene quadriciclano, ma esiste un vasto numero di candidati simili. I ricercatori spiegano: “Lo spazio chimico risultante è costituito da circa 466.000 dieni biciclici che abbiamo esaminato per la loro potenziale applicabilità nella tecnologia MOST”.
Lo screening di un database di queste dimensioni viene in genere eseguito tramite l’apprendimento automatico, ma ciò richiede grandi quantità di dati di addestramento basati su esperimenti nel mondo reale, di cui il team non disponeva. Utilizzando un algoritmo sviluppato in precedenza e un nuovo punteggio di valutazione, “eta”, lo screening e la valutazione delle molecole del database hanno prodotto un risultato chiaro: tutte e sei le molecole con il punteggio più alto differivano dal sistema originale norbornadiene quadriciclano in un punto cruciale della struttura. I ricercatori hanno concluso che questo cambiamento strutturale, un’espansione del ponte molecolare tra i due anelli di carbonio nella parte biciclica, ha permesso alle nuove molecole di immagazzinare più energia rispetto al norbornadiene originale.
Il lavoro dei ricercatori dimostra il potenziale per ottimizzare le molecole di stoccaggio dell’energia solare. Tuttavia, le nuove molecole devono prima essere sintetizzate e testate in condizioni reali. “Anche se i sistemi possono essere preparati sinteticamente, non vi è alcuna garanzia che siano solubili in solventi rilevanti e che effettivamente fotoswitcheranno con un rendimento elevato o non lo faranno affatto, come abbiamo ipotizzato in eta”, avvertono gli autori.
Nonostante ciò, il team ha sviluppato un nuovo, ampio set di dati di addestramento per gli algoritmi di apprendimento automatico e ha così abbreviato l’ardua fase di ricerca prima della sintesi per i chimici che affronteranno tali sistemi in futuro. Gli autori immaginano che questo archivio molto più ampio di dieni biciclici venga utilizzato per la ricerca sui fotoswitch per una varietà di applicazioni, rendendo potenzialmente più semplice l’adattamento delle molecole a requisiti specifici.
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