Los electrones calientes envían el CO2 al futuro
Las nanopartículas catalizadoras atrapan una gama de longitudes de onda de luz sin precedentes para convertir el dióxido de carbono en metano.
El dióxido de carbono (CO2) atmosférico es uno de los principales motores del calentamiento global, pero este gas también podría servir como un valioso recurso. Los investigadores de la KAUST han desarrollado un catalizador eficaz que utiliza la energía de la luz para convertir el CO2 y el hidrógeno en metano (CH4). Esto contrarresta la liberación de CO2 cuando el metano se quema como combustible.
Las nanopartículas catalizadoras desarrolladas por los científicos de la KAUST utilizan la energía luminosa para convertir el dióxido de carbono y el hidrógeno en metano.
© 2021 KAUST; Anastasia Serin
Muchos investigadores de todo el mundo están explorando formas de convertir el CO2 en productos químicos útiles basados en el carbono, pero sus esfuerzos se han visto limitados por una baja eficiencia que restringe el potencial de aplicación a gran escala.
"Nuestro método se basa en la combinación sinérgica de luz y calor, conocida como efecto fototérmico", explica Diego Mateo. Explica que el calor se genera por la interacción de la luz con el catalizador, por lo que las dos formas de energía proceden de la luz absorbida.
Otros métodos industriales requieren el calentamiento de fuentes externas para alcanzar temperaturas de hasta 500 grados centígrados. La investigación de la KAUST demuestra que la reacción puede lograrse utilizando únicamente el efecto fototérmico de la luz del día.
El catalizador está construido con nanopartículas de níquel sobre una capa de titanato de bario. Capta la luz de forma que hace que los electrones pasen a estados de alta energía, conocidos como "electrones calientes". Estos electrones inician entonces la reacción química que convierte el CO2 en metano. En condiciones óptimas, el catalizador genera metano con una selectividad de casi el 100% y con una eficiencia impresionante.
Una de las principales ventajas es la amplia gama del espectro de luz aprovechado, que incluye todas las longitudes de onda visibles, además de los rayos ultravioleta a los que se limitan muchos catalizadores. Esto es enormemente significativo, ya que la luz ultravioleta comprende sólo entre el 4 y el 5 por ciento de la energía disponible en la luz solar.
"Creemos firmemente que nuestra estrategia, en combinación con otras técnicas de captura de CO2 existentes, podría ser una forma sostenible de convertir este dañino gas de efecto invernadero en un valioso combustible", afirma Mateo.
Cualquier combustible fabricado con CO2 seguiría liberando ese gas al quemarse, pero el CO2 podría reciclarse repetidamente de la atmósfera al combustible y viceversa, en lugar de liberarse continuamente al quemar combustibles fósiles.
Los investigadores también quieren ampliar las aplicaciones de su método. "Una estrategia para nuestra investigación futura es avanzar hacia la producción de otros productos químicos valiosos, como el metanol", dice Jorge Gascón, que dirigió el equipo de investigación. Los investigadores también ven la posibilidad de utilizar la energía de la luz para la producción de productos químicos que no contienen carbono, como el amoníaco (NH3).
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