Conducir bajo el sol: combustibles líquidos limpios y utilizables fabricados con energía solar
Los investigadores, de la Universidad de Cambridge, aprovecharon el poder de la fotosíntesis para convertir el CO2, el agua y la luz solar en combustibles multicarbono (etanol y propanol) en un solo paso. Estos combustibles tienen una alta densidad energética y pueden almacenarse o transportarse fácilmente.
A diferencia de los combustibles fósiles, estos combustibles solares producen cero emisiones netas de carbono y son completamente renovables, y a diferencia de la mayoría del bioetanol, no desvían ninguna tierra agrícola de la producción de alimentos.
Si bien la tecnología todavía está a escala de laboratorio, los investigadores dicen que sus ‘hojas artificiales’ son un paso importante en la transición de una economía basada en combustibles fósiles. Los resultados se publican en la revista NaturalezaEnergía.
El bioetanol se promociona como una alternativa más limpia a la gasolina, ya que está hecho de plantas en lugar de combustibles fósiles. La mayoría de los automóviles y camiones que circulan actualmente funcionan con gasolina que contiene hasta un 10 % de etanol (combustible E10). Estados Unidos es el mayor productor de bioetanol del mundo: según el Departamento de Agricultura de EE. UU., casi el 45 % de todo el maíz cultivado en EE. UU. se utiliza para la producción de etanol.
“Los biocombustibles como el etanol son una tecnología controvertida, sobre todo porque ocupan tierras agrícolas que podrían usarse para cultivar alimentos”, dijo el profesor Erwin Reisner, quien dirigió la investigación.
Durante varios años, el grupo de investigación de Reisner, con sede en el Departamento de Química de Yusuf Hamied, ha estado desarrollando combustibles sostenibles sin carbono inspirados en la fotosíntesis, el proceso por el cual las plantas convierten la luz solar en alimento, utilizando hojas artificiales.
Hasta la fecha, estas hojas artificiales solo han podido fabricar productos químicos simples, como gas de síntesis, una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono que se utiliza para producir combustibles, productos farmacéuticos, plásticos y fertilizantes. Pero para que la tecnología sea más práctica, tendría que ser capaz de producir productos químicos más complejos directamente en un solo paso con energía solar.
Ahora, la hoja artificial puede producir directamente etanol y propanol limpios sin necesidad del paso intermedio de producir gas de síntesis.
Los investigadores desarrollaron un catalizador a base de cobre y paladio. El catalizador se optimizó de una manera que permitió que la hoja artificial produjera sustancias químicas más complejas, específicamente los alcoholes multicarbonados etanol y n-propanol. Ambos alcoholes son combustibles de alta densidad energética que se pueden transportar y almacenar fácilmente.
Otros científicos han podido producir sustancias químicas similares usando energía eléctrica, pero esta es la primera vez que se producen sustancias químicas tan complejas con una hoja artificial usando solo la energía del sol.
“Iluminar la luz del sol sobre las hojas artificiales y obtener combustible líquido a partir de dióxido de carbono y agua es una química increíble”, dijo el Dr. Motiar Rahaman, el primer autor del artículo. “Normalmente, cuando intentas convertir el CO2 en otro producto químico usando un dispositivo de hoja artificial, casi siempre obtienes monóxido de carbono o gas de síntesis, pero aquí hemos podido producir un combustible líquido práctico solo usando el poder del sol. Es un avance emocionante que abre caminos completamente nuevos en nuestro trabajo”.
En la actualidad, el dispositivo es una prueba de concepto y muestra solo una eficiencia modesta. Los investigadores están trabajando para optimizar los absorbentes de luz para que puedan absorber mejor la luz solar y optimizar el catalizador para que pueda convertir más luz solar en combustible. También se requerirá más trabajo para hacer que el dispositivo sea escalable para que pueda producir grandes volúmenes de combustible.
“Aunque todavía queda trabajo por hacer, hemos demostrado lo que estas hojas artificiales son capaces de hacer”, dijo Reisner. «Es importante demostrar que podemos ir más allá de las moléculas más simples y hacer cosas que sean directamente útiles a medida que nos alejamos de los combustibles fósiles».
La investigación fue financiada en parte por la Beca Marie Skłodowska-Curie de la Comisión Europea, el Cambridge Trust y el Programa Winton para la Física de la Sostenibilidad. Erwin Reisner es miembro y Motiar Rahaman es investigador asociado de St John’s College, Cambridge.
Referencia:
Motiar Rahaman et al. ‘Producción de combustible líquido multicarbono impulsado por energía solar utilizando una hoja artificial independiente de perovskita-BiVO4’. Naturaleza Energía (2023). DOI: 10.1038/s41560-023-01262-3
