Tendencias21

Una célula solar fotosintética transforma el CO2 en combustible

Una célula solar creada por ingenieros de EE.UU. realiza la fotosíntesis, transformando directamente el dióxido de carbono atmosférico en combustible de hidrocarburo utilizable, utilizando la luz solar como fuente de energía, igual que las plantas. Es, por tanto, una célula solar ‘fotosintética’, y no fotovoltaica.

Una célula solar fotosintética transforma el CO2 en combustible

Investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago (UIC, EE.UU.) han diseñado una célula solar que convierte de forma barata y eficiente el dióxido de carbono atmosférico directamente en combustible de hidrocarburo utilizable, utilizando sólo la luz del sol para producir energía.

El hallazgo se publica en Science y fue financiado por la National Science Foundation y el Departamento de Energía de los EE.UU. Se ha presentado una solicitud de patente provisional.

A diferencia de las células solares convencionales, que convierten la luz solar en electricidad que debe almacenarse en baterías pesadas, el nuevo dispositivo hace esencialmente el trabajo de las plantas, convirtiendo dióxido de carbono atmosférico en combustible, y solucionando dos problemas cruciales a la vez. Una granja solar de esas «hojas artificiales» podría eliminar cantidades significativas de carbono de la atmósfera y producir combustible de alta densidad energética de forma eficiente.

«La nueva célula solar no es fotovoltaica: es fotosintética», dice Amin Salehi-Khojin, profesor asistente de ingeniería mecánica e industrial y autor principal del estudio, en la información de la UIC.

«En lugar de producir energía en una insostenible ruta unidireccional desde los combustibles fósiles hasta el gas de efecto invernadero, ahora podemos invertir el proceso y reciclar el carbono atmosférico en combustible usando luz solar», dice.

Mientras que las plantas producen combustible en forma de azúcar, la hoja artificial suministra gas de síntesis o sintegas, una mezcla de gas de hidrógeno y monóxido de carbono. El gas de síntesis se puede quemar directamente, o convertirse en combustible diésel u otros combustibles de hidrocarburos.

La capacidad de convertir el CO2 en combustible a un coste comparable al de gasolina haría que los combustibles fósiles quedaran obsoletos.

Las reacciones químicas que convierten el CO2 en formas consumibles de carbono se llaman reacciones de reducción, lo contrario a la oxidación o combustión. Los ingenieros han estado explorando diferentes catalizadores para impulsar la reducción de CO2, pero hasta ahora estas reacciones han sido ineficientes y se basaban en metales preciosos caros como la plata, dice Salehi-Khojin.

«Lo que necesitábamos era una nueva familia de productos químicos con propiedades extraordinarias», señala.

Salehi-Khojin y sus compañeros de trabajo se centraron en una familia de compuestos nanoestructurados llamados dicalcogenuros de metales de transición -o TMDCs-, que usaron como catalizadores, con un líquido iónico no convencional que hizo el papel de electrolito, dentro de una célula electroquímica de dos compartimentos y tres electrodos.

El catalizador

El mejor de los catalizadores estudiados resultaron ser el diselenuro de tungsteno en nanocopos. «El nuevo catalizador es más activo; más capaz de romper los enlaces químicos del dióxido de carbono», dice el investigador postdoctoral Mohammad Asadi, primer autor del artículo de Science.

De hecho, dice, el nuevo catalizador es 1.000 veces más rápido que los catalizadores de metales nobles -y alrededor de 20 veces más barato.

Otros investigadores han utilizado catalizadores TMDC para producir hidrógeno por otros medios, pero no por reducción de CO2. El catalizador no sobrevivía a la reacción, envenenándose y oxidándose. El gran avance es utilizar un fluido iónico denominado etil-metilimidazolio tetrafluoroborato, mezclado con agua al 50%.

«La combinación del agua y el líquido iónico crea un co-catalizador que preserva los sitios activos del catalizador bajo duras condiciones de reacción de reducción», dice Salehi-Khojin.

Cuando luz de 100 vatios por metro cuadrado -en torno a la intensidad media que alcanza la superficie de la Tierra- da energía a la célula, hidrógeno y monóxido de carbono surgen en burbujas de gas desde el cátodo, mientras que se producen iones de oxígeno e hidrógeno libres en el ánodo.

«Los iones de hidrógeno se difunden a través de una membrana hacia el lado del cátodo, para participar en la reacción de reducción del dióxido de carbono», dice Asadi.

La tecnología debe ser adaptable, no sólo para su uso a gran escala, en parques solares, sino también para aplicaciones a pequeña escala, dice Salehi-Khojin. En el futuro, señala, puede resultar útil en Marte, cuya atmósfera está compuesta principalmente por dióxido de carbono, si se descubre también que el planeta tiene agua.

Hace un año, científicos de Harvard imitaron la fotosíntesis de las plantas diseñando una hoja artificial que transforma la energía solar en el combustible líquido isopropanol, gracias a una bacteria rediseñada metabólicamente. Conseguían una eficiencia del 1%, similar a la de las plantas.

Referencia bibliográfica:

Mohammad Asadi et al.: Nanostructured transition metal dichalcogenide electrocatalysts for CO2 reduction in ionic liquid. Science (2016). DOI: 10.1126/science.aaf4767.

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Las ondas cerebrales se mueven en direcciones opuestas para crear recuerdos y luego para recuperarlos 25 marzo, 2024
    Los científicos descubrieron que las ondas cerebrales tendían a moverse desde la parte posterior del cerebro hacia el frente mientras las personas guardaban algo en su memoria. Por el contrario, cuando buscaban recordar la misma información, esas ondas se movían en la dirección opuesta, desde el frente hacia la parte posterior del cerebro.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren una de las estrellas más antiguas del Universo muy cerca de la Vía Láctea 25 marzo, 2024
    La estrella LMC 119 fue apreciada en la Gran Nube de Magallanes, muy cerca de la Vía Láctea, y es la primera estrella de la segunda generación de formación estelar del Universo que se ha identificado en otra galaxia. Esta estrella, una de las más antiguas en el cosmos descubiertas hasta hoy, proporciona una ventana […]
    Pablo Javier Piacente
  • ¿En qué se parece la AMOC a la construcción de la personalidad? 25 marzo, 2024
    Nuestra personalidad puede verse afectada por el deshielo del Ártico porque hay un paralelismo simbólico entre las corrientes oceánicas que regulan el clima y los comportamientos humanos: si seguimos sus patrones, favorecemos la ética en la gestión de las empresas.
    Edita Olaizola (*)
  • La inteligencia colectiva de las plantas forma los misteriosos círculos de hadas de los desiertos 25 marzo, 2024
    Los misteriosos círculos de hadas presentes en los desiertos de al menos 15 países se forman porque las plantas ejercen una forma de inteligencia colectiva para aprovechar los recursos hídricos profundos del terreno, creando las zonas muertas para la vida vegetal que han intrigado a los científicos durante décadas.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Los africanos usaban arcos y flechas hace 74 mil años 24 marzo, 2024
    El uso se arcos y flechas se ha constatado en africanos hace 74.000 años: dejaron constancia de armas puntiagudas usadas para la caza y, después de la erupción del supervolcán Toba en Indonesia que provocó una sequía, también para pescar en un río etíope.
    N+1/T21
  • Descubren al delfín de río más grande de la historia 23 marzo, 2024
    Un equipo de científicos ha descubierto en la Amazonía peruana los fósiles del delfín de río más grande de la Tierra. Era un pariente cercano de los delfines asiáticos y no de los delfines amazónicos que hoy habitan las aguas dulces de América del Sur.
    N+1/T21
  • Detectan emisiones de radio similares a auroras sobre las manchas solares 22 marzo, 2024
    Los astrónomos han observado explosiones de radio duraderas similares a auroras sobre una mancha solar: el descubrimiento podría ayudarnos a comprender mejor al Sol, así como facilitar la identificación de estrellas distantes que producen emisiones de radio similares.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren un material que se hace más fuerte con cada golpe 22 marzo, 2024
    Un nuevo material elástico presenta una increíble "durabilidad adaptativa": cada vez que se cae o se golpea, su fuerza se incrementa y se vuelve más difícil de romper. Podría ser de gran utilidad en futuros dispositivos electrónicos como nuevos teléfonos móviles, relojes inteligentes o tabletas, que están continuamente expuestos a todo tipo de golpes. Además, […]
    Pablo Javier Piacente
  • El Arco de Gibraltar está migrando desde el Mediterráneo hacia el Atlántico 22 marzo, 2024
    Una zona de subducción que se origina en el Mediterráneo occidental se está moviendo desde la región franco-española hacia el sur. Actualmente está a la altura de la frontera entre España y Portugal y se propaga hacia el Atlántico bajo el Estrecho de Gibraltar.
    JGU/T21
  • Antiguas canoas revelan cómo los marinos del Neolítico surcaron el Mediterráneo 21 marzo, 2024
    Una nueva investigación liderada por Juan Gibaja, del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, y publicada recientemente en la revista PLOS One, arroja luz sobre las primeras embarcaciones neolíticas en el Mediterráneo: las excavaciones en el pueblo de agricultores de la Edad de Piedra de La Marmotta, en Italia, han permitido recuperar cinco […]
    Pablo Javier Piacente