Hidrógeno a través de la luz solar
Desarrollan un sistema catalizador sostenible para producir hidrógeno con energía luminosa
Para producir hidrógeno de forma sostenible a partir de la luz solar, no sólo se necesita un sistema catalizador eficaz, sino que también debe ser económico, fácil de obtener y eficiente en el uso de los recursos. Un equipo dirigido por la química Prof. Dra. Kalina Peneva, del Instituto de Química Orgánica y Química Macromolecular de la Universidad de Jena, ha dado un paso en esta dirección. En su investigación, el grupo desarrolló tintes sin metales, fáciles de producir y capaces de transferir la energía luminosa absorbida a un catalizador para producir hidrógeno.
La Prof. Dra. Kalina Peneva y el estudiante de doctorado Konrad Hotzel investigan tintes funcionales.
Anne Günther/Uni Jena
Moléculas colorantes innovadoras
"Más concretamente, estas moléculas colorantes, también llamadas fotosensibilizadores, absorben la luz y convierten su energía en un estado excitado de larga duración dentro de la molécula", explica Peneva. Compara este proceso con la fluorescencia, que se observa en objetos o prendas que brillan intensamente bajo la luz negra. "Sin embargo, nuestros tintes no liberan la energía en forma de luz", matiza. "En su lugar, utilizamos esta energía almacenada transfiriéndola a un catalizador específicamente adaptado. Así se genera hidrógeno a partir del agua".
Catalizadores rentables y respetuosos con el medio ambiente
Los sistemas catalizadores que generan hidrógeno con luz solar llevan muchos años desarrollándose e investigándose, incluso en el Centro de Investigación Colaborativa "CataLight", financiado por la Fundación Alemana de Investigación, del que también forma parte el proyecto de Kalina Peneva. "Lo especial de nuestras moléculas colorantes, sin embargo, es que funcionan sin la adición de metales nobles. A menudo, estos tintes utilizan rutenio u osmio, metales raros y caros. Y el catalizador que utilizamos, en lugar de metales nobles caros como el platino o el paladio, utiliza cobalto, mucho más asequible", explica Peneva.
Eficacia gracias a una síntesis simplificada
Pero la producción de estos tintes sostenibles también es prometedora: "Lo que hemos desarrollado es único porque ofrece un método sencillo y eficaz de sintetizar estas moléculas, lo que aumenta enormemente la escalabilidad del proceso", añade la química. "Formamos el colorante mediante una sencilla reacción denominada de condensación. Y como el colorante precipita como un sólido, podemos separarlo fácilmente de la mezcla de reacción mediante filtración", añade. "Por lo tanto, a diferencia de muchos otros enfoques de síntesis, no hay necesidad de pasos de purificación caros y complicados para el producto deseado".
Colaboración interdisciplinar
El equipo de investigación colaboró estrechamente dentro de la Universidad de Jena con el grupo de Benjamin Dietzek-Ivanšić, del Instituto de Química Física, examinando sistemáticamente diferentes variantes del colorante para encontrar la configuración óptima para la catálisis impulsada por la luz. "No sólo desarrollamos los tintes, sino que también estudiamos en detalle su interacción con el catalizador", explica la profesora Peneva.
Los resultados publicados por el equipo en la revista "Journal of Materials Chemistry A" son prometedores: "Aunque no hemos conseguido la mayor eficiencia, los resultados son muy buenos y, sobre todo, muestran un gran potencial para aplicaciones prácticas", destaca. "En concreto, lo medimos mediante el número de recambio, TON para abreviar; una métrica importante para el rendimiento de los catalizadores. Y está en un buen valor, en torno a 4.000", añade.
Ella y su equipo ya están pensando en iniciar la transferencia de la investigación con posibles socios industriales. "Si intentamos producir este sistema catalizador a escala industrial en este momento, no puedo decirlo", limita Kalina Peneva. "Pero desde luego es una consideración que estamos haciendo".
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