{"id":131076,"date":"2011-01-21T14:16:22","date_gmt":"2011-01-21T13:16:22","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=131076"},"modified":"2011-01-21T14:16:22","modified_gmt":"2011-01-21T13:16:22","slug":"la-fotosintesis-artificial-un-nuevo-reto-para-mitigar-el-calentamiento-global-y-asegurar-el-suministro-energetico-en-un-futuro-proximo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2011\/01\/21\/131076","title":{"rendered":"LA FOTOS\u00cdNTESIS ARTIFICIAL: UN NUEVO RETO PARA MITIGAR EL CALENTAMIENTO GLOBAL Y ASEGURAR EL SUMINISTRO ENERG\u00c9TICO EN UN FUTURO PR\u00d3XIMO"},"content":{"rendered":"

El desarrollo de nuevas e innovadoras v\u00edas de valorizaci\u00f3n de CO2<\/sub> mediante su transformaci\u00f3n en productos con alta demanda (principalmente combustibles) ha aumentado considerablemente en la actualidad debido a la necesidad de avanzar hacia un modelo energ\u00e9tico m\u00e1s sostenible que permita mitigar el cambio clim\u00e1tico. En este contexto se sit\u00faan una serie de procesos que, inspirados en la fotos\u00edntesis natural, utilizan la energ\u00eda solar para producir otros tipos de energ\u00eda a partir de CO2 <\/sub>y H2<\/sub>O.<\/em><\/p>\n

Autores: [Julio N\u00fa\u00f1ez Casas y Laura Collado Brunete. Grupo de Procesos Termoqu\u00edmicos. IMDEA Energ\u00eda]<\/strong><\/p>\n

Seg\u00fan la AIE (Agencia Internacional de la Energ\u00eda), para evitar da\u00f1os catastr\u00f3\ufb01cos e irremediables al clima mundial se requiere una importante descarbonizaci\u00f3n de las fuentes de energ\u00eda del mundo. A pesar de esta advertencia, el \u00faltimo informe ejecutivo realizado por la propia AIE refleja que en la actualidad las fuentes de energ\u00eda de car\u00e1cter f\u00f3sil (petr\u00f3leo, carb\u00f3n y gas natural respectivamente) siguen aportando conjuntamente m\u00e1s del 70% de la energ\u00eda primaria consumida. Si a este hecho a\u00f1adimos que seg\u00fan las previsiones estimadas durante los pr\u00f3ximos a\u00f1os no se esperan grandes cambios en el origen de la energ\u00eda primaria, el panorama energ\u00e9tico a medio-largo plazo no es muy halag\u00fce\u00f1o. Como respuesta a esta situaci\u00f3n \u00a0los gobiernos de todo el mundo se plantean nuevas l\u00edneas de actuaci\u00f3n y pol\u00edticas energ\u00e9ticas m\u00e1s sostenibles encaminadas a mitigar el cambio clim\u00e1tico.<\/p>\n

Una de las alternativas m\u00e1s prometedoras que se plantea como soluci\u00f3n para reducir el efecto invernadero y a la vez asegurar el suministro energ\u00e9tico en un futuro pr\u00f3ximo es la \u201cfotos\u00edntesis artificial\u201d. El t\u00e9rmino fotos\u00edntesis artificial se aplica a aquellos procesos que, inspirados en la fotos\u00edntesis natural, utilizan la energ\u00eda solar para producir otros tipos de energ\u00eda. Los dos principales procesos que podr\u00edan ser catalogados como \u201cfotos\u00edntesis artificial\u201d son la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno (H2<\/sub>) a partir de agua (H2<\/sub>O) y la fotorreducci\u00f3n de CO2 <\/sub>usando agua (H2<\/sub>O) como agente reductor. Ambos procedimientos se basan en m\u00e9todos fotocatal\u00edticos, o lo que es lo mismo, una reacci\u00f3n catal\u00edtica que involucra \u00a0el uso de luz solar como fuente de energ\u00eda. Los catalizadores empleados en este tipo de procesos son materiales semiconductores, capaces de absorber luz y generar pares electr\u00f3n-hueco que reaccionen con especies activas en la superficie del catalizador y den lugar a la reacci\u00f3n fotocatal\u00edtica [1].<\/p>\n

\u00a0\"Imagen1\"<\/p>\n

Figura <\/em>1<\/em>. Esquema comparativo entre la fotos\u00edntesis y la fotorreducci\u00f3n de CO2.<\/sub><\/em><\/p>\n

Durante el proceso de fotos\u00edntesis, las plantas convierten la energ\u00eda de la luz solar en energ\u00eda qu\u00edmica a trav\u00e9s de un ciclo de reacciones catalizadas por sistemas enzim\u00e1ticos. De forma an\u00e1loga, la fotos\u00edntesis artificial trata de imitar el proceso natural mediante la absorci\u00f3n de luz por el material semiconductor y la transformaci\u00f3n de esa energ\u00eda luminosa en combustibles, partiendo en ambos casos \u00fanicamente de CO2<\/sub> y H2<\/sub>O (Figura 1). En la naturaleza este proceso se divide en dos etapas:<\/p>\n

1)\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 La fase luminosa de la fotos\u00edntesis, donde tras la absorci\u00f3n de la luz solar por las plantas se produce la fot\u00f3lisis de la mol\u00e9cula de agua, dando como productos resultantes H2<\/sub> y O2 <\/sub>[2]. Este proceso equivaldr\u00eda al denominado \u201cwater-splitting\u201d (Oxidaci\u00f3n de agua) y da lugar a la producci\u00f3n de H2<\/sub> que es considerado como un vector energ\u00e9tico limpio.<\/p>\n

2)\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Por otro lado, durante la fase oscura de la fotos\u00edntesis tiene lugar la fijaci\u00f3n del CO2<\/sub> atmosf\u00e9rico que, junto con agua y la energ\u00eda almacenada durante la fase anterior, es empleado para la s\u00edntesis de compuestos org\u00e1nicos como la glucosa [2]. En la fotos\u00edntesis artificial esta etapa equivaldr\u00eda a los procesos de fotorreducci\u00f3n de CO2<\/sub>, que al igual que el agua necesita un gran aporte energ\u00e9tico para disociarse. Esta energ\u00eda es obtenida a partir de radiaci\u00f3n UV\/vis que favorece la reducci\u00f3n de CO2<\/sub> y la producci\u00f3n de hidrocarburos (gracias al H2<\/sub> proveniente del agua) que pueden ser empleados como combustibles, tales como metano (CH4<\/sub>), metanol (CH3<\/sub>OH), etanol (CH3<\/sub>CH2<\/sub>OH) y \u00e1cido f\u00f3rmico (HCOOH) [3].<\/p>\n

Por lo tanto una alternativa muy interesante para la s\u00edntesis de hidrocarburos es la combinaci\u00f3n de ambas etapas: los procesos de fotorreducci\u00f3n de CO2<\/sub> y \u201cwater-splitting\u201d [4]. Estos procesos cuentan con el potencial de poder emplear dos de los recursos m\u00e1s abundantes en la Tierra, agua y luz solar, en un proceso an\u00e1logo a la fotos\u00edntesis. No obstante, esta l\u00ednea de trabajo a\u00fan requiere de un importante esfuerzo en investigaci\u00f3n y desarrollo para su futura viabilidad tanto a nivel econ\u00f3mico como cient\u00edfico-t\u00e9cnico, especialmente mediante la optimizaci\u00f3n de fotocatalizadores adecuados para su uso dentro del rango de la regi\u00f3n visible del espectro solar.<\/p>\n

En definitiva, el desarrollo de estos procesos constituye una alternativa de valorizaci\u00f3n del CO2<\/sub> muy interesante, que permitir\u00eda, si se alcanza la eficiencia necesaria, reducir los niveles de concentraci\u00f3n atmosf\u00e9rica de este gas de efecto invernadero mediante su transformaci\u00f3n en combustibles de alto contenido energ\u00e9tico.<\/p>\n

[1] Usubharatana P, McMartin D, Veawab A, Tontiwachwuthikul P. Photocatalytic process for CO2<\/sub> emission reduction from industrial flue gas streams. <\/em>Ind. Eng. Res. 2006, 45, 2558-2568.\u00a0 <\/em><\/p>\n

[2] Blankenship R. Mechanisms of Photosynthesis. Blackwell Science Ltd., 2002.<\/em><\/p>\n

[3] Indrakanti VP, Kubicki JD, Schobert HH. Photoinduced activation of CO2<\/sub> on Ti-based heterogeneous catalyst: current state, chemical physics-based insights and outl<\/em>ook. <\/em>Energy Environ. Sci., 2009, 2, 745-758.<\/em><\/p>\n

[4] Roy S, Varghese O, Paulose M, Grimes C. Towards Solar Fuels: Photocatalytic Conversion of Carbon Dioxide to Hydrocarbons. J. Am. Chem. Soc. 2010, 4, 1259-1278.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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