La molecola che accumula energia solare

Un gruppo di ricercatori della Linköping University, in Svezia, ha studiato e sviluppato una molecola in grado di assorbire e accumulare energia solare in legami chimici. Si tratta di una svolta, in quanto questo sistema consentirebbe di accumulare, con un alto grado di efficienza, energia solare e renderla disponibile per un consumo successivo e differenziabile. Lo studio e i risultati sono stati pubblicati sul Journal of the American Chemical Society.

Tutti noi sappiamo che esistono già sistemi di accumulo di energia solare, per esempio i pannelli solari. Il problema, però, resta quello di mantenere appunto un alto grado di efficienza e quindi far sì che l’energia possa essere disponibile anche quando non c’è il Sole. Come fare? La soluzione sta in questa nuova molecola.

Il leader del team di ricerca e professore di fisica computazionale presso il Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia della Linköping University Bo Durbeej, spiega che la molecola da loro sviluppata può esistere sostanzialmente in due forme: una forma principale, che può assorbire energia dalla luce solare, e una forma alternativa, nella quale è stata modificata la struttura facendo sì che possa acquisire maggiore energia, pur rimanendo stabile. In questo modo è possibile immagazzinare energia dalla luce solare in modo molto efficiente. Si tratta di una molecola appartenente al gruppo delle photoswitches (trad. fototransizioni), che prevedono una doppia forma. Le due molecole sono isomere: differiscono quindi nella loro struttura chimica e nelle loro proprietà: in particolare, la molecola sviluppata dalla Linköping University, può immagazzinare un più alto ed efficiente contenuto energetico.

Le molecole a fototransizione: cosa sono e come possono essere applicate 
Le strutture chimiche di questo tipo di molecola sono influenzate dall’energia della luce: se una molecola a fototransizione viene illuminata, essa può modificare la sua struttura e di conseguenza le sue proprietà. 
Per quanto riguarda le loro applicazioni, uno dei possibili settori è quello delll’elettronica molecolare, nella quale le due forme della molecola hanno conducibilità elettriche diverse. Un altro settore potrebbe essere la fotofarmacologia, nella quale una forma della molecola è farmacologicamente attiva e può legarsi a una specifica proteina in un corpo umano, mentre l’altra forma rimane inattiva.

I risultati della ricerca
I calcoli hanno dimostrato che la molecola sviluppata dai ricercatori è compatibile con la reazione chimica ricercata. Il processo è stato quello di individuare la molecola ricercata e di costruirla (materialmente) successivamente presso il Research Centre for Natural Sciences in Ungheria, luogo nel quale sono stati condotti gli esperimenti che hanno confermato la previsione teorica.
Allo scopo di accumulare nella molecola una grande quantità di energia solare, i ricercatori hanno tentato di rendere quanto più ampia possibile la differenza di energia tra i due isomeri. La forma principale della molecola è estremamente stabile, una proprietà che nell’ambito della chimica organica è sottolineata dicendo che la molecola è aromatica. La molecola base è costituita da tre anelli, ognuno dei quali è aromatico. Quando la molecola assorbe la luce, però, si perde questa proprietà aromatica, e la molecola comincia ad acquisire sempre più energia. I ricercatori della Linköping University, nel loro studio, mostrano che, nell’ambito delle fototransizioni molecolari, il concetto di transizione tra gli stati aromatici e non-aromatici di una molecola, assume un’importanza più rilevante.

La maggior parte delle reazioni chimiche ha inizio in uno stato in cui una molecola ha una quantità elevata di energia, passando, successivamente, a uno stato in cui la sua energia è più bassa. Nel caso trattato in questo contesto, avviene l’opposto – una molecola con bassa energia si trasforma in una con energia più elevata. I ricercatori svedesi hanno dimostrato che questa reazione può avvenire in tempi rapidi e con alti livelli di efficienza.

Il prossimo passo sarà quello di esaminare le modalità di rilascio dell’energia accumulata dalla forma più energetica della molecola.

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