La fotosíntesis artificial transforma el dióxido de carbono en combustibles licuables
Los químicos de la Universidad de Illinois han producido con éxito combustibles utilizando agua, dióxido de carbono y luz visible a través de la fotosíntesis artificial. Al convertir el dióxido de carbono en moléculas más complejas como el propano, la tecnología de la energía verde está ahora un paso más cerca de utilizar el exceso de CO2 para almacenar energía solar -en forma de enlaces químicos- para su uso cuando el sol no brilla y en momentos de máxima demanda.
Jain, izquierda, y Yu realizando experimentos de fotosíntesis artificial usando luz verde.
Fred Zwicky
Las plantas utilizan la luz solar para provocar reacciones químicas entre el agua y el CO2 para crear y almacenar energía solar en forma de glucosa de alta densidad energética. En el nuevo estudio, los investigadores desarrollaron un proceso artificial que utiliza la misma porción de luz verde del espectro de luz visible que utilizan las plantas durante la fotosíntesis natural para convertir el CO2 y el agua en combustible, junto con nanopartículas de oro ricas en electrones que sirven como catalizador. Los nuevos hallazgos se publican en la revista Nature Communications.
"El objetivo aquí es producir hidrocarburos complejos y licuables a partir del exceso de CO2 y otros recursos sostenibles como la luz solar", dijo Prashant Jain, profesor de química y coautor del estudio. "Los combustibles líquidos son ideales porque son más fáciles, seguros y económicos de transportar que el gas y, al estar hechos de moléculas de cadena larga, contienen más enlaces, lo que significa que acumulan energía de forma más densa".
En el laboratorio de Jain, Sungju Yu, investigador postdoctoral y primer autor del estudio, utiliza catalizadores metálicos para absorber la luz verde y transferir los electrones y protones necesarios para las reacciones químicas entre el CO2 y el agua - llenando el papel del pigmento clorofila en la fotosíntesis natural.
Las nanopartículas de oro funcionan particularmente bien como catalizadores, dijo Jain, porque sus superficies interactúan favorablemente con las moléculas de CO2, son eficientes en la absorción de la luz y no se descomponen ni degradan como otros metales que pueden empañarse fácilmente.
Hay varias maneras de liberar la energía almacenada en los enlaces del combustible de hidrocarburos. Sin embargo, el método convencional de combustión fácil termina produciendo más CO2, lo que es contraproducente para la idea de cosechar y almacenar energía solar en primer lugar, dijo Jain.
"Hay otros usos potenciales, más poco convencionales, de los hidrocarburos creados a partir de este proceso", dijo. "Podrían ser usados para alimentar celdas de combustible para producir corriente eléctrica y voltaje. Hay laboratorios en todo el mundo que intentan averiguar cómo se puede llevar a cabo de manera eficiente la conversión de hidrocarburos en electricidad", dijo Jain.
Tan emocionante como el desarrollo de este combustible CO2 a líquido puede ser para la tecnología de energía verde, los investigadores reconocen que el proceso de fotosíntesis artificial de Jain no es ni mucho menos tan eficiente como lo es en las plantas.
"Necesitamos aprender a afinar el catalizador para aumentar la eficiencia de las reacciones químicas", dijo. "Entonces podremos comenzar el arduo trabajo de determinar cómo ampliar el proceso. Y, como cualquier tecnología de energía no convencional, también habrá muchas preguntas de viabilidad económica que responder".
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