El dispositivo es un paso significativo hacia el logro de la fotosíntesis artificial, un proceso que imita la capacidad de las plantas para convertir la luz solar en energía
Unos investigadores han desarrollado un dispositivo autónomo que convierte la luz solar, el dióxido de carbono y el agua en un combustible neutro en carbono, sin necesidad de ningún componente adicional o electricidad.
El dispositivo, desarrollado por un equipo de la Universidad de Cambridge, es un paso significativo hacia el logro de la fotosíntesis artificial, un proceso que imita la capacidad de las plantas para convertir la luz solar en energía. Se basa en una avanzada tecnología de "fotohojas" y convierte la luz solar, el dióxido de carbono y el agua en oxígeno y ácido fórmico, un combustible almacenable que puede ser usado directamente o convertido en hidrógeno.
Los resultados, publicados en la revista Nature Energy, representan un nuevo método para la conversión de dióxido de carbono en combustibles limpios. El dispositivo inalámbrico podría ampliarse y utilizarse en "granjas" de energía similares a las granjas solares, produciendo combustible limpio mediante la utilización de luz solar y agua.
La recolección de energía solar para convertir el dióxido de carbono en combustible es una forma prometedora de reducir las emisiones de carbono y de hacer una transición para alejarse de los combustibles fósiles. Sin embargo, es un desafío producir estos combustibles limpios sin subproductos no deseados.
"Ha sido difícil lograr la fotosíntesis artificial con un alto grado de selectividad, de modo que se convierta la mayor cantidad posible de luz solar en el combustible que se desea, en lugar de quedarse con muchos residuos", dijo el primer autor, el Dr. Qian Wang, del Departamento de Química de Cambridge.
"Además, el almacenamiento de combustibles gaseosos y la separación de subproductos puede ser complicado; queremos llegar al punto en que podamos producir limpiamente un combustible líquido que también pueda ser fácilmente almacenado y transportado", dijo el Profesor Erwin Reisner, autor principal del artículo.
En 2019, los investigadores del grupo de Reisner desarrollaron un reactor solar basado en un diseño de 'hoja artificial', que también utiliza luz solar, dióxido de carbono y agua para producir un combustible, conocido como syngas (gas de síntesis). La nueva tecnología tiene un aspecto y un comportamiento bastante similar al de la hoja artificial, pero funciona de forma diferente y produce ácido fórmico.
Mientras que la hoja artificial utilizaba componentes de las células solares, el nuevo dispositivo no requiere estos componentes y se basa únicamente en fotocatalizadores incrustados en una hoja para producir la llamada hoja fotocatalizadora. Las hojas están hechas de polvos semiconductores, que pueden prepararse en grandes cantidades de forma fácil y económica.
Esta nueva tecnología es más robusta y produce un combustible limpio que es más fácil de almacenar, además de mostrar un potencial para producir productos de combustible a mayor escala. La unidad de prueba tiene un tamaño de 20 centímetros cuadrados, pero los investigadores dicen que debería ser relativamente sencillo ampliarla a varios metros cuadrados. Además, el ácido fórmico puede acumularse en solución y convertirse químicamente en diferentes tipos de combustible.
"Nos sorprendió lo bien que funcionaba en términos de su selectividad: casi no producía subproductos", dijo Wang. "A veces las cosas no funcionan tan bien como se esperaba, pero este fue un raro caso en el que realmente funcionó mejor".
El catalizador basado en cobalto que sirve para convertir el dióxido de carbono es fácil de hacer y relativamente estable. Aunque esta tecnología será más fácil de ampliar que la hoja artificial, todavía hay que mejorar la eficiencia antes de que se pueda considerar cualquier despliegue comercial. Los investigadores están experimentando con una gama de diferentes catalizadores para mejorar tanto la estabilidad como la eficiencia.
Los resultados actuales se obtuvieron en colaboración con el equipo del Profesor Kazunari Domen de la Universidad de Tokio, coautor del estudio.
Los investigadores están trabajando ahora para optimizar aún más el sistema y mejorar la eficiencia. Además, están explorando otros catalizadores para utilizar en el dispositivo y obtener diferentes combustibles solares.
"Esperamos que esta tecnología allane el camino hacia una producción de combustible solar sostenible y práctica", dijo Reisner.
