Reproducir de manera artificial el proceso de la fotosíntesis es el «Santo Grial» para la generación de energías limpias. Y la Universidad de Cambridge ha sido punta de lanza en el desarrollo de esta tecnología. En este esfuerzo, los investigadores de la casa de estudios británica acaban de dar otro importante paso. Produjeron una hoja inalámbrica repleta de fotocatalizadores que pueden convertir la luz solar, el agua y el dióxido de carbono en combustibles limpios.
La investigación fue realizada por el equipo liderado por el profesor Erwin Reisner, en el Departamento de Química de la Universidad. El grupo ha logrado durante la última década avances prometedores en la investigación energética .
En 2013, por ejemplo, demostró cómo se podía producir hidrógeno utilizando cobalto como catalizador barato. En 2017 logró producir gas utilizando biomasa como punto de partida. Se espera que, en un futuro cercano, se pueda utilizar este nuevo dispositivo como parte de parques de energía gigantes.
Hoja artificial y fotosíntesis artificial
El desarrollo de la fotosíntesis artificial dio su primer gran paso en 2019, cuando 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 gas de síntesis.
El dispositivo captura la luz solar a través de absorbentes de luz de perovskita, un componente en algunas células solares. Pero el equipo ahora ha realizado algunos ajustes en su enfoque.
Luego de estos cambios, desarrollaron una nueva plataforma que, en lugar de los absorbentes de luz de perovskita, se basa en fotocatalizadores novedosos incrustados en una hoja compuesta de polvos semiconductores. Entre otra ventajas, se pueden producir de forma fácil y económica.
La nueva lámina de 20 cm2 desarrollada como unidad de prueba se utilizó para convertir la luz solar, el dióxido de carbono y el agua en oxígeno y ácido fórmico (en lugar de gas de síntesis), que se puede almacenar fácilmente para su uso directo como combustible o posteriormente como bloque de construcción de hidrógeno. Las pruebas fueron coordinadas por la Dra. Qian Wang, también del Departamento de Química.
Del CO2 al combustible limpio
El equipo explica que este método es una forma completamente nueva de convertir dióxido de carbono en combustibles limpios. Además, los científicos dicen que podría ser llevado fácilmente a una mayor escala. De esta manera, debería ser relativamente sencillo producir versiones que abarquen varios metros. Sería posible, en un futuro, que este tipo de dispositivos formen grandes conjuntos como parte de instalaciones de generación de energía limpia, como las parques solares.
«Nos sorprendió lo bien que funcionó en términos de su selectividad: casi no generó subproductos. A veces las cosas no funcionan tan bien como esperabas, pero este fue un caso raro en el que realmente funcionó mejor», dijo doctora Qian Wang.
Nuevos avances
El equipo señala que la nueva tecnología de fotosíntesis artificial que han desarrollado tiene múltiples ventajas respecto a los dispositivos similares anteriores. Si bien la hoja artificial utiliza componentes de células solares, el actual prototipo no requiere estos componentes. Las láminas se forman de polvos semiconductores, que se pueden preparar en grandes cantidades de forma sencilla y económica.
También es más robusta y produce combustible limpio más fácil de almacenar. Los investigadores experimentan con una variedad de catalizadores para mejorar tanto la estabilidad como la eficiencia.
Estos avances pueden permitir producir varios tipos de combustibles solares. «Esperamos que esta tecnología allane el camino hacia la producción de combustible solar sostenible y práctica», explicó Reisner. Los resultados actuales se obtuvieron en colaboración con el equipo del profesor Kazunari Domen de la Universidad de Tokio, coautor del estudio.
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