Grace Han se mudó de Boston al sur de California buscando un nuevo comienzo profesional. Lo que encontró fue un sol implacable, de ese que pica y quema, que le hizo cambiar el sombrero ligero por uno de ala ancha y las gafas de sol por unas más oscuras. Pero también encontró una idea. Una de esas que parecen simples pero que pueden cambiar el mundo. Mientras sentía el hormigueo de la piel irritada, su mente de química no podía dejar de hacer una pregunta: ¿qué está pasando ahí dentro? ¿Qué hacen las moléculas de mi ADN cuando el sol las golpea?.
Había estado leyendo sobre fotoquímica del ADN, no por trabajo, sino por puro placer, como quien lee una novela de misterio. Y ese conocimiento, ese «pasatiempo» como ella misma lo llama, se convirtió en la chispa de una revolución energética. Han sabía que cuando la radiación ultravioleta daña el ADN, algunas de sus moléculas se retuercen, se tensan, adoptando una forma inestable, como un muelle comprimido. La naturaleza, en su infinita sabiduría, ha creado enzimas como la fotoliasa para reparar ese daño, para devolver la molécula a su estado original y liberar esa tensión.
Y entonces, la idea le llegó como un destello. ¿Y si pudiéramos usar ese mecanismo natural para algo más? ¿Y si esa tensión molecular no fuera un problema, sino una oportunidad? Durante décadas, los científicos han buscado moléculas que, como una trampa para ratones, pudieran almacenar energía al cambiar de forma y luego liberarla a voluntad. Pero los resultados habían sido limitados. Han entendió que la clave estaba en copiar a la naturaleza, en usar esas mismas moléculas diminutas que la evolución ha perfeccionado durante millones de años para manejar la energía del sol.
El equipo de la Universidad de California, Santa Bárbara, ha logrado algo que parece magia pero es pura ciencia. Diseñaron un sistema inspirado en nuestro propio ADN: usa un tipo de molécula (la pirimidona) que reacciona y se transforma al recibir la luz del sol. Lo llamaron sistema MOST y su capacidad es asombrosa. Puede guardar tanta energía que deja atrás a las baterías de litio que hoy dan vida a nuestros teléfonos móviles y coches eléctricos. No es una teoría; es el futuro de la energía en nuestras manos.
El milagro de la molécula que hierve agua
Para entender la hazaña de Han y su equipo, hay que comprender el concepto de «densidad energética». Es la cantidad de energía que se puede almacenar en un espacio o en una masa determinada. En el mundo de las baterías, es la carrera por meter más energía en menos peso. El sistema de Han, con sus moléculas de pirimidona (en concreto, la molécula 3, un compuesto pequeño y ligero con grupos metilo), logra almacenar una cantidad de energía que muchos expertos consideraban inalcanzable para un sistema MOST.
El proceso es fascinante. La molécula estable se expone a luz ultravioleta de 300 nanómetros y se transforma en su isómero Dewar, una versión tensa y con alta energía, como un resorte comprimido. Esa forma puede almacenar la energía durante mucho tiempo, más de un año en condiciones de laboratorio, sin perderla. Cuando se necesita liberar esa energía, un pequeño «disparador» —en este caso, ácido clorhídrico— desencadena la reacción y la molécula vuelve a su forma original, liberando el calor almacenado.
El momento de la verdad llegó cuando sus estudiantes pusieron 107 miligramos de esa molécula tensada en un vial, añadieron el ácido y observaron cómo el agua que contenía el vial empezó a hervir en apenas un segundo. Cuando Grace Han vio el vídeo, no podía dar crédito. «Cuando vi lo rápido que toda la solución estaba hirviendo, fue realmente extraordinario», recuerda. Ese pequeño vial hervía con la energía del sol que había sido atrapada en una molécula meses atrás.
Kasper Moth-Poulsen, un investigador líder en sistemas MOST que no participó en el estudio, quedó atónito. «Creo que nuestros mejores sistemas eran de un megajulio. Ellos lograron 1,6, que es realmente sorprendente». La comunidad científica internacional, con publicaciones en revistas como Science y Nature, ha reconocido el hito: es la primera vez que un sistema molecular almacena y libera suficiente calor como para hervir agua de forma práctica y demostrable.
Las sombras detrás del sol: los desafíos que aún quedan por resolver
Como toda gran promesa, la tecnología MOST tiene todavía sus sombras. El sistema de Han, por ahora, tiene dos limitaciones importantes que los propios investigadores reconocen con total honestidad. La primera es la luz. La molécula solo se activa con una longitud de onda de 300 nanómetros, una forma de luz ultravioleta muy intensa que, aunque llega del Sol, solo lo hace en pequeñas cantidades en la superficie terrestre. Es como tener un coche que solo funciona con un tipo de gasolina que es difícil de encontrar. El desafío, como señala John Griffin de la Universidad de Lancaster, es diseñar moléculas que puedan «cargarse» con un espectro de luz más amplio, más cercano a la luz visible.
El segundo desafío es el «disparador». Para liberar el calor, el sistema utiliza ácido clorhídrico, una sustancia altamente corrosiva que, además, hay que neutralizar después de su uso. «No es la opción más ideal», admite la propia Grace Han. El objetivo final es encontrar un desencadenante más limpio y eficiente, quizás un cambio de temperatura o un catalizador más benigno, que permita que el sistema funcione en un entorno doméstico sin riesgos.
A pesar de estos obstáculos, el potencial es innegable. El mundo depende en gran medida de los combustibles fósiles para la calefacción, un sector especialmente difícil de descarbonizar. Los sistemas MOST, como señala Moth-Poulsen, «operan sin quemar nada» y podrían ofrecer una alternativa descentralizada, barata y libre de emisiones. Han y su equipo ya trabajan en nuevas generaciones de moléculas, utilizando simulaciones computacionales y modelos de aprendizaje automático para diseñar compuestos que absorban un espectro más amplio de luz y que puedan liberar su energía de forma más sencilla. La visión es clara: recubrimientos en ventanas que atrapen el calor del sol durante el día y lo liberen por la noche para calentar la casa. El futuro de la energía, quizás, no esté en grandes baterías, sino en pequeñas moléculas inspiradas en una quemadura solar.
