Un dispositivo inalámbrico produce combustible limpio a partir de luz solar, CO2 y agua

Un grupo de investigadores de la Universidad de Cambridge han desarrollado un dispositivo independiente que convierte la luz solar, el CO2 y el agua en un combustible neutro en carbono, sin necesidad de componentes adicionales ni electricidad.

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. Se basa en una tecnología avanzada de «fotocopias» y convierte la luz solar, el dióxido de carbono y el agua en oxígeno y ácido fórmico, un combustible almacenable que puede usarse directamente o convertirse 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 usarse en plantas de energía similares a los parques solares, produciendo combustible limpio utilizando 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 dejar de usar 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, por lo que está convirtiendo la mayor cantidad de luz solar posible en el combustible que desea, en lugar de quedarse con una gran cantidad de desechos», 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 pueden ser complicados; queremos llegar al punto en el que podamos producir de forma limpia un combustible líquido que también se pueda almacenar y transportar fácilmente”, dijo el profesor Erwin Reisner, director del proyecto.

En 2019, 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. La nueva tecnología se ve y se comporta de manera bastante similar a la hoja artificial, pero funciona de manera diferente y produce ácido fórmico.

Si bien la hoja artificial utilizó componentes de 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 láminas están compuestas por polvos semiconductores, que se pueden preparar en grandes cantidades de forma sencilla y rentable.

Además, esta nueva tecnología es más robusta y produce combustible limpio que es más fácil de almacenar y muestra potencial para producir combustibles a escala. La unidad de prueba tiene un tamaño de 20 centímetros cuadrados, pero los investigadores dicen que debería ser relativamente sencillo escalarla 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 funcionó en términos de su selectividad: casi no produjo subproductos”, dijo Wang. «A veces las cosas no funcionan tan bien como esperabas, pero este fue un caso raro en el que realmente funcionó mejor».

El catalizador a base de cobalto convertidor de dióxido de carbono es fácil de preparar y relativamente estable. Si bien esta tecnología será más fácil de escalar que la hoja artificial, las eficiencias aún deben mejorarse antes de que se pueda considerar cualquier implementación comercial. Los investigadores están experimentando con una variedad de catalizadores diferentes 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 ahora están trabajando para optimizar aún más el sistema y mejorar la eficiencia. Además, están explorando otros catalizadores para usar en el dispositivo para obtener diferentes combustibles solares.

«Esperamos que esta tecnología allane el camino hacia la producción de combustible solar sostenible y práctica», dijo Reisner.