Nuevas tecnologías para convertir CO2 y H2O en combustibles mediante el uso de energía solar

La fotosíntesis es la manera en la que los organismos fotoautótrofos almacenan la energía solar en energía química estable a través de un ciclo de reacciones catalizadas por sistemas enzimáticos. En la actualidad, existe un gran interés entre la comunidad científica en intentar imitar este procedimiento incrementando, si es posible, la eficiencia del mismo. De esta manera se pretende conseguir combustibles al mismo tiempo que mitigar el efecto invernadero al emplear como materia prima el gas que más contribuye a incrementar este fenómeno, el CO2.

Autor: [Julio Núñez Casas. Unidad de Procesos Termoquímicos. IMDEA Energía]

El pasado 6 de noviembre se reunieron en Providence, Rhode Island (EE.UU.), algunos de los más prestigiosos científicos e ingenieros a nivel internacional en la “Conferencia inaugural de la Sociedad para la Ingeniería de la Biología y los combustibles”. [1] La conferencia se centró principalmente en la presentación de proyectos financiados por el programa de combustibles de la Agencia de la Energía en Proyectos de Investigación Avanzados (ARPA-E). La mayoría de ellos se basan en  el empleo de energía solar y materias primas inocuas, abundantes y a precios asequibles, como pueden ser el CO2 y el H2O, mediante procesos catalíticos o bioquímicos.

Según Eric J. Toone, director adjunto de ARPA-E, la finalidad de los proyectos financiados ha de ser buscar nuevas tecnologías que permitan captar la energía solar de manera más eficiente y almacenarla en forma de combustibles que puedan ser utilizados en el sector del transporte fundamentalmente.

 

Figura 1. Los combustibles generados a partir de procedimientos catalíticos o biocatalíticos ofrecen una mayor eficiencia que los relacionados con procesos fotosintéticos (izquierda). A la derecha de la imagen se puede apreciar la ”hoja artificial” desarrollada por el grupo de Nocera.

Uno de los ponentes invitados a la conferencia fue Daniel G. Nocera, renombrado científico del MIT (Massachusetts Institute of Technology). En su ponencia, Nocera expuso el trabajo que se desarrolla en su grupo de investigación, centrado fundamentalmente en el desarrollo de sistemas catalíticos de bajo coste para obtener H2 a partir de H2O y luz solar. Uno de los últimos avances de su grupo ha sido la síntesis de un fotocatalizador basado en borato de cobalto que imita el procedimiento de la fotosíntesis para obtener H+ y O2 [2] y de un segundo sistema fotocatalítico basado en una aleación de molibdeno, zinc y níquel para transformar los iones Hen H2. [3]

Nocera, en colaboración con el investigador Steven Y. Reece, ha acoplado los dos catalizadores para desarrollar lo que ha denominado la “hoja artificial”. Esta invención pretende ser comercializada por Sun Catalytix, compañía fundada por el propio Nocera. Según el científico, este dispositivo es diez veces más eficiente que la propia fotosíntesis. Simplemente con sumergir la celda catalítica en agua y exponerlo a la luz solar, una de las caras genera O2 mientras que la opuesta genera H2. [4] Si el sistema se divide con una membrana selectiva, los gases generados podrían ser recogidos por separado para su posterior almacenamiento y uso en una pila de combustible cuando se desee. La meta de Nocera es que este dispositivo sea comercial en un futuro próximo y pueda aportar energía en regiones del mundo en vías de desarrollo o en zonas que cuenten con un sistema de distribución de electricidad deficitario. Según las estimaciones de su compañía, una celda catalítica del tamaño de una puerta podría aportar la suficiente electricidad como para abastecer a un hogar medio estadounidense.

Otras tecnologías presentadas en Providence se basan en el uso de microorganismos para obtener combustibles. En este contexto trabaja el grupo de Stephanopoulos, investigador del MIT, que ha descubierto un microorganismo capaz de producir acetato a partir de CO2 y H2 cuando es irradiado con luz solar. Este trabajo ha quedado reflejado en una de sus patentes. [5] Un segundo grupo de microorganismos es capaz de convertir los acetatos producidos por el primer grupo de microorganismos a triglicéridos, materia prima fundamental junto con el metanol para fabricar biodiesel.

Según Toone, directivo de ARPA-E, hay un largo camino por recorrer hasta que muchas de estas tecnologías sean comercializadas, pero una vez que sean técnica y económicamente viables podrán solucionar gran parte de las necesidades del mercado energético actual.

 [1] http://electrofuels.aiche.org/ 

[2] In Situ Formation of an Oxygen-Evolving Catalyst in Neutral Water Containing Phosphate and Co2+. Matthew W. Kanan and Daniel G. Nocera*. Science vol  321 31 jul 2008

[3] Wireless Solar Water Splitting Using Silicon-Based Semiconductors and Earth-Abundant Catalysts Steven Y. Reece, Jonathan A. Hamel, Kimberly Sung, Thomas D. Jarvi, Arthur J. Esswein, Joep J. H. Pijpers, Daniel G. Nocera . Science vol 334 4 nov 2011

[4] http://web.mit.edu/newsoffice/2011/artificial-leaf-0930.html

[5] http://www.faqs.org/patents/app/20110177564

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Comentarios

Interesante tema sobre el que ya se ha hablado largo y tendido, y que espero algún día de un resultado industrialmente viable…
Sin embargo, también se han propuesto sistemas photocatalíticos en los que trabajan investigadores españoles que creo que merecen ser citádos… (por ejemplo “Effect of Synthesis Conditions on Photocatalytic Activity of TiO2 Powders Synthesized in Supercritical CO2″The Journal of Supercritical Fluids, 49, pp. 233-238, 2009 )

y por otro parte, aunque medioambientalmente menos aceptado, F. Jeffrey Martin de “Los Alamos National Laboratory ” propuso la energía nuclear como fuente.

Con tu permiso lo copio-pego en mi blog (con referencias a su autor y a este post obviamente).

Gracias por el post!

[...] "CRITEO-300×250", 300, 250); 1 meneos Producir combustibles imitando la fotosíntesis http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2012/01/16/1…  por Ariquitaun hace [...]

[...] Nuevas tecnologías para convertir CO2 y H2O en combustibles mediante el uso de energía solar http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2012/01/16/131451 Aun hay un largo camino hasta que estas tecnologías sean comercializadas, pero no deja de ser una [...]

[...] Fuente: Madri+d [...]

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