El investigador francés Elliot Maxime Lucien Magson (Mougins –Provenza–Alpes–Costa Azul–, 1998) ha obtenido el grado de doctor por la Universidad de La Rioja tras la defensa de su tesis doctoral ‘Hacia una catálisis heterogénea sostenible en sistemas de almacenamiento de energía solar térmica molecular (MOST)’.
Desarrollada en el Departamento de Química – en el marco del programa de Doctorado 781D en Química (Real Decreto 99/2011)– esta tesis ha sido dirigida por Diego Sampedro Ruiz e Ignacio Funes Ardoiz y ha sido calificada con sobresaliente ‘cum laude’ con mención internacional al título.
Esta tesis doctoral se centra en la liberación de energía almacenada en los sistemas de almacenamiento de energía MOlecular Solar Termal (MOST) mediante catalizadores heterogéneos.
El sistema MOST consiste en un par de moléculas orgánicas conmutables que pueden captar la radiación solar, almacenar su energía en sus enlaces químicos y liberarla cuando sea necesario en forma de calor.
Las moléculas MOST exploradas pertenecen a una pareja isomérica bien conocida como son los norbornadienos (NBD) y cuatriciclanos (QC). A pesar del reciente resurgimiento de los sistemas MOST, la reacción de liberación de calor utilizando catalizadores heterogéneos apenas se ha investigado.
El primer capítulo destaca la situación actual, el escenario climático, la influencia del sol en los procedimientos y las formas en que intentamos aprovechar la luz solar y transformarla en energía renovable.
El segundo capítulo se centra en el concepto de moléculas fotosensibles y su integración en el concepto de almacenamiento de energía MOlecular Solar Termal (MOST). Se lleva a cabo una revisión de la bibliografía más relevante sobre los fotointerruptores, especialmente en relación con la clase de moléculas NBD/QC, en lo que se refiere a su historia, las estrategias de diseño sintético aplicadas y sus aplicaciones.
Esta tesis doctoral se centra en la liberación de energía almacenada en los sistemas de almacenamiento de energía MOlecular Solar Termal (MOST) mediante catalizadores heterogéneos
En el tercer capítulo, se aborda el desarrollo de materiales catalíticos para la eventual liberación de calor que se produce en la reacción inversa de QC a NBD. Se lleva a cabo la síntesis, caracterización y selección experimental de conjuntos de catalizadores heterogéneos en un par NBD/QC bien investigado. Se discute el diseño y la evaluación de un catalizador desencadenante eficiente para la retro-reacción de QC a NBD.
En el cuarto capítulo, los materiales catalizadores y el fotointerruptor NBD/QC se sintetizan a mayor escala para llevar a cabo reacciones catalíticas en condiciones de flujo. El objetivo de es determinar las propiedades físicas ideales que requiere el catalizador para el escalado definitivo de un reactor MOST.
Junto con las propiedades experimentales claves determinadas, como el rendimiento y los valores de TON, se llevaron a cabo simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) aplicando métodos de Lattice Boltzmann para ver el comportamiento de la dinámica de fluidos en la interfaz sólido-líquido.
En el quinto capítulo, se investiga el impacto del disolvente en las reacciones del fotointerruptor NBD/QC, haciendo hincapié en la búsqueda de un disolvente sostenible para aplicaciones domésticas. Las reacciones se llevaron a cabo en varios disolventes para determinar cuál no interfiere, sino que realmente promueve la foto isomerización química, conserva la densidad de energía y tiempo de vida almacenado y las reacciones catalíticas del fotointerruptor NBD/QC. Además, el disolvente obedece propriedades physicas priorizando la salud humana para la integración en aplicaciones domésticas. Se encuentra un disolvente que cumple todas esas propriedades y ya está integrado en el primer sistema de gran escala de MOST a nivel mundial.
En el sexto capítulo, se describe la síntesis y prueban una serie de fotointerruptores NBD/QC junto con un catalizador heterogéneo activo previamente confirmado. El objetivo era descubrir cómo afecta la sustitución de diferentes grupos funcionales en el núcleo NBD/QC a la reacción catalítica de reversión. Se realizó una comparación de las velocidades catalíticas de reacción junto con las barreras catalíticas de reversión de los fotointerruptores NBD/QC reportadas experimentalmente por primera vez.
En el capítulo final, se presenta una perspectiva de los resultados de la investigación en el ámbito de los sistemas MOST y se formulan observaciones finales para futuras investigaciones.
ELLIOT MAXIME LUCIEN MAGSON
Elliot Maxime Lucien Magson (Mougins –Provenza–Alpes–Costa Azul–, 1998) ha llevado a cabo su tesis dentro del Grupo de Investigación de Fotoquímica Orgánica de la Universidad de La Rioja.
En el transcurso de su investigación doctoral ha desarrollado una estancia en el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) en Friburgo de Brisgovia (Alemania) dentro del Consorcio Europeo de Sistemas de Almacenamiento de Energía Solar Térmica Molecular (MOST).