Investigadores químicos modifican la tecnología solar para producir un gas de efecto invernadero menos nocivo
Potencial de los combustibles respetuosos con el medio ambiente
Investigadores del Departamento de Química de la UNC-Chapel Hill están utilizando semiconductores para recoger y convertir la energía solar en compuestos de alto valor energético con potencial para producir combustibles respetuosos con el medio ambiente.
En el artículo "Methyl Termination of p-Type Silicon Enables Selective Photoelectrochemical CO2 Reduction by a Molecular Ruthenium Catalyst", publicado en ACS Energy Letters, los investigadores explican cómo utilizan un proceso denominado terminación metílica que emplea un compuesto orgánico simple de un átomo de carbono unido a tres átomos de hidrógeno para modificar la superficie del silicio, componente esencial de las células solares, con el fin de mejorar su rendimiento en la conversión de dióxido de carbono en monóxido de carbono utilizando la luz solar.
La investigación contó con el apoyo del Centro de Enfoques Híbridos de la Energía Solar a los Combustibles Líquidos (CHASE), un Centro de Innovación Energética financiado por la Oficina de Ciencia del DOE, y se basó en un proceso denominado fotosíntesis artificial, que imita la forma en que las plantas utilizan la luz solar para convertir el dióxido de carbono en moléculas ricas en energía. El dióxido de carbono es uno de los principales gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático. Al convertirlo en monóxido de carbono, que es un gas de efecto invernadero menos nocivo y un componente básico de combustibles más complejos, los investigadores afirman que pueden mitigar potencialmente el impacto ambiental de las emisiones de dióxido de carbono.
"Uno de los problemas de la energía solar es que no siempre está disponible cuando más la necesitamos", explica Gabriella Bein, primera autora del trabajo y estudiante de doctorado en Química. "Otro reto es que la electricidad renovable, como la de los paneles solares, no proporciona directamente las materias primas necesarias para fabricar productos químicos. Nuestro objetivo es almacenar la energía solar en forma de combustibles líquidos que puedan utilizarse después".
Los investigadores utilizaron un catalizador molecular de rutenio con un trozo de silicio modificado químicamente, llamado fotoelectrodo, que facilitó la conversión de dióxido de carbono en monóxido de carbono utilizando energía luminosa sin producir subproductos no deseados, como gas hidrógeno, lo que hace que el proceso sea más eficiente para convertir el dióxido de carbono en otras sustancias.
Jillian Dempsey, coautora del trabajo y Catedrática Distinguida Bowman y Gordon Gray, afirmó que cuando realizaron experimentos en una solución llena de dióxido de carbono, descubrieron que podían producir monóxido de carbono con una eficacia del 87%, lo que significa que el sistema que utiliza los fotoelectrodos de silicio modificados es comparable o mejor que los sistemas que emplean electrodos metálicos tradicionales, como el oro o el platino.
Además, el fotoelectrodo de silicio utilizó 460 milivoltios menos de energía eléctrica para producir una reacción que si se utilizara sólo electricidad. Dempsey lo calificó de significativo, porque el proceso utiliza la captación directa de luz para complementar o compensar la energía necesaria para impulsar la reacción química que convierte el dióxido de carbono en monóxido de carbono.
"Lo interesante es que normalmente las superficies de silicio producen hidrógeno gaseoso en lugar de monóxido de carbono, lo que dificulta su producción a partir del dióxido de carbono", explica Dempsey, que también es subdirector de CHASE. "Al utilizar esta superficie especial de silicio metilado, pudimos evitar este problema. La modificación de la superficie de silicio hace que el proceso de conversión del CO2 en monóxido de carbono sea más eficaz y selectivo, lo que podría ser realmente útil para fabricar combustibles líquidos a partir de la luz solar en el futuro."
Bein y Dempsey colaboraron en la investigación con el profesor Alexander Miller; Eric Assaf, antiguo estudiante de posgrado del departamento; Renato Sampaio, investigador principal; Madison Stewart, estudiante de química; y Stephen Tereniak, investigador principal.
CHASE está formado por siete instituciones diferentes, con sede en UNC-Chapel Hill, y recibió 40 millones de dólares del Departamento de Energía en 2020 para acelerar la investigación fundamental sobre formas de producir combustibles a partir de la luz solar.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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