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La hoja artificial ayuda a los investigadores a hacer avances convirtiendo fotones en combustible

La hoja artificial ayuda a los investigadores a hacer avances convirtiendo fotones en combustible

Fuera del Instituto de Tecnología de California, las plantas y flores extienden sus hojas y hunden sus raíces más profundamente en el suelo. Están usando energía para almacenar azúcares y para ellos, la fotosíntesis es fácil. Mientras tanto, dentro del laboratorio de Caltech Jorgensen, más de 80 investigadores están poniendo un gran esfuerzo en una hoja artificial y haciendo lo que las hojas de las plantas hacen con tanta facilidad. Lo hacen utilizando níquel, hierro, silicio y muchos otros materiales que normalmente asociaría con el uso en teléfonos móviles de lo que lo haría con células vegetales.

[Fuente de imagen:Viktor Koen]

Los laboratorios albergan el Centro Conjunto para la Fotosíntesis Artificial. Se trata de un programa de investigación con la participación de más de 190 personas, que cuenta con financiación de la US $ 116 millones durante un período de cinco años del Departamento de Energía de EE. UU. El objetivo del centro y de los investigadores es hacer uso de la luz solar y producir hidrógeno junto con otros combustibles de forma mucho más eficiente que las hojas de la naturaleza para producir biomasa.

Los investigadores están asumiendo este objetivo con un sentido de urgencia. Alrededor 13% de emisiones en todo el mundo, los gases de efecto invernadero provienen de medios de transporte. Por lo tanto, uno de los objetivos clave es eliminar gradualmente los combustibles contaminantes. Una forma de hacerlo sería reemplazar las camionetas y los automóviles por vehículos que funcionen con electricidad proveniente de células eólicas o solares. Sin embargo, esto no sería suficiente para resolver todo el problema. El director científico y químico inorgánico de la JCAP en la Universidad de Caltech, Nathan Lewis, dijo que alrededor 40% del transporte mundial no se podría hacer funcionar con electricidad. Principalmente por el hecho de que algunos vehículos, como los aviones, no podrían enchufarse, ya que no podrían contener la cantidad de baterías que se necesitan.

Debido a esto, las agencias de financiación de todo el mundo están utilizando muchos recursos para tratar de producir combustible con la energía del sol. Este tipo de energía no se va a acabar y es libre de carbono, que son bonificaciones. JCAP se ha comprometido a entregar un prototipo que funciona con una hoja artificial antes de que expire la subvención en 2015.

Michael Wasielewski, químico de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois, dijo: "Si pudiera mantener este tipo de esfuerzo durante los próximos diez años, es posible que tenga una solución práctica.

La fotosíntesis artificial no es algo nuevo, de hecho se remonta a 1912, sin embargo, los investigadores no empezaron a impulsar las cosas hasta el comienzo de 1972. Fueron investigadores en Japón los que describieron lo que se necesitaría para que un dispositivo pudiera absorber la luz solar y luego usar esa luz solar para poder dividir el agua en oxígeno junto con el combustible de hidrógeno.

Estaba en 1998 cuando un sistema completo mostró un gran avance y avances. Fue entonces cuando pudo almacenar 12% de la energía solar que entró, como combustible. Esto fue en comparación con el 1% de energía almacenada en hojas reales como biomasa. La desventaja fue que los costos eran demasiado altos para ser competitivo. Junto con esto, se dijo que el rendimiento disminuyó después del sol de 20 horas.

Lewis señaló que para que una hoja artificial tuviera éxito se necesitaban tres cosas. "Quiere que sea eficiente, económico y robusto. Puedo darte dos hoy, pero no el tercero al mismo tiempo..”

El objetivo de JCAP era superar este problema y, junto con esto, crear un sistema que fuera mucho más económico que dividir el agua con electricidad mediante paneles solares. Su respuesta fue dos electrodos que sumergieron en una solución acuosa. Cada uno de estos electrodos tiene un material semiconductor que fue elegido para capturar la luz de una parte del espectro solar además de estar recubierto con un catalizador para ayudar a la generación de oxígeno o hidrógeno a velocidades que fueron útiles. Al igual que con cualquiera de los dispositivos de fotosíntesis artificial, el sistema que ideó JCAP ha sido dividido por una membrana para asegurar que los gases resultantes se mantengan separados y no se conviertan en un riesgo de causar una reacción explosiva.

Lewis explicó que hacer que cualquiera de los componentes de la hoja artificial funcione ha sido un gran desafío. Él dijo "Esto es exactamente como construir un avión.No solo debes tener un motor, debes tener un diseño con alas y el fuselaje y el motor y la aviónica, y el avión, al final, tiene que volar..”

Poder encontrar los materiales correctos fue una de las cosas más difíciles que tuvieron que hacer. El laboratorio de experimentación de alto rendimiento de JCAP se ha encargado de resolver los problemas con los materiales. Han modificado impresoras de inyección de tinta para enviar aleaciones sobre placas de vidrio, que luego prueban como fotoabsorbentes y catalizadores. Las impresoras modificadas pueden producir tantas como un millón manchas por día.

Lewis dijo que "La mayor fuente de energía que tenemos es el sol.La mejor forma de almacenar energía que no sea en el núcleo de un átomo son los combustibles químicos. Es inevitable que alguien tome la fuente más grande y la almacene de la manera más densa..”

Ver el vídeo: Hojas artificiales para crear combustible - Expreso de la Mañana (Octubre 2020).