Una “hoja artificial” convierte el CO2 y la luz solar en combustible renovable

Los investigadores han descubierto recientemente una tecnología pionera que convierte la luz solar y el CO2 en combustibles de alta densidad energética, como el etanol y el propanol. Se trata de una fuente de combustible renovable, limpia, poco contaminante y respetuosa con el medio ambiente.

Actualmente, los combustibles comúnmente utilizados son combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural. Sin embargo, al quemarse, este combustible emite CO2, la principal causa de la contaminación ambiental y del cambio climático. Por ello, encontrar materias primas alternativas y respetuosas con el medio ambiente es cada vez más urgente.

Durante años, el equipo de la Universidad de Cambridge ha estado desarrollando combustibles sostenibles y neutrales en carbono inspirados en la fotosíntesis de las plantas, llamándolos “hoja artificial”. Sin embargo, estas hojas artificiales sólo pueden producir productos químicos simples, como el gas de síntesis, una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono que se utiliza para fabricar combustibles, productos farmacéuticos, plásticos y fertilizantes. Para que la tecnología sea más práctica, la “hoja artificial” tendría que ser capaz de producir directamente sustancias químicas más complejas en un solo paso alimentado con energía solar.

El profesor Erwin Reisner, jefe del equipo de investigación, dijo que el equipo ahora ha desarrollado un catalizador basado en cobre y paladio. El catalizador ha sido optimizado de manera que permite que la “hoja artificial” produzca sustancias químicas más complejas, convirtiendo CO2, agua y luz solar en combustibles multicarbonados, etanol y propanol, en un solo paso. Se trata de combustibles con alta densidad energética y fáciles de almacenar o transportar durante su uso.

Hojas artificiales unidas a barras de soporte metálicas. Fotografía: Motiar Rahaman

El bioetanol se considera una alternativa más limpia a la gasolina porque se produce a partir de plantas en lugar de combustibles fósiles. Muchos automóviles y camiones que circulan actualmente en las carreteras funcionan con gasolina que contiene hasta un 10% de etanol (combustible E10). Sin embargo, los métodos anteriores de producción de bioetanol han sido controvertidos, especialmente porque a menudo ocupan tierras agrícolas que podrían usarse para cultivar alimentos. Con el nuevo método de “hojas artificiales”, que utiliza únicamente energía solar, este problema se ha solucionado por completo.

Además, la nueva hoja artificial puede producir directamente etanol y propanol limpios sin necesidad de un paso intermedio: la creación de gas de síntesis. Anteriormente, varios otros grupos de investigación han producido productos químicos similares utilizando electricidad. Sin embargo, esta es la primera vez que se producen productos químicos tan complejos utilizando hojas artificiales usando únicamente energía solar.

El Dr. Motiar Rahaman, miembro del equipo de investigación, dijo que la nueva hoja artificial sería un paso importante para alejarnos de una economía dependiente de los combustibles fósiles. Estos combustibles producen cero emisiones netas de carbono y son completamente renovables.

Un equipo de investigación de la Universidad de Lund (Suecia) dijo haber encontrado una forma de convertir las emisiones de CO2 en combustible mediante el uso de materiales orgánicos porosos llamados Marcos Orgánicos Covalentes (COF). Este material absorberá la luz solar y luego utilizará la energía obtenida en combinación con un catalizador para convertir el CO2 en combustible.

El proceso de conversión requiere electrones. Cuando detectamos que un fotón con luz azul produce electrones de larga duración y alta energía, simplemente cargamos el COF con electrones y completamos la reacción, explicó Kaibo Zheng, investigador de la Universidad de Lund.

Aunque los resultados iniciales de la investigación son muy prometedores, se necesitan más esfuerzos para aplicar esta técnica comercialmente y ampliamente. "Hemos completado los dos primeros pasos con los electrones", dice el coautor del estudio y químico Tönu Pullerits. “Quedan muchos pasos por delante antes de que podamos empezar a pensar en una máquina de conversión de CO2, pero hemos visto un camino muy prometedor”.

En Vietnam, la tecnología de “hojas artificiales” también se ha investigado en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hanoi (USTH). Desde 2015, un grupo de investigadores de la USTH colabora con el Laboratorio de Química y Biología de Metales (Centro de Energía Atómica y Energías Alternativas CEA - Grenoble, Francia) para investigar y fabricar una "hoja artificial".

“Hoja artificial” creada por un equipo de investigación de la USTH. (Foto: usth.edu.vn)

Hasta el momento, este dispositivo es capaz de producir combustible de hidrógeno (H2) a partir de agua y luz solar con una eficiencia del 1,9%. El combustible H2 puede luego almacenarse, transportarse y utilizarse en pilas de combustible. El producto de este proceso de utilización de combustible es únicamente agua por lo que no contamina el medio ambiente.

Mai Anh