Muestran cómo transformar el dióxido de carbono en combustible gracias al sol, como las plantas

Un nuevo tipo de celdas solares permite capturar dióxido de carbono y usar la luz solar para transformarlo en combustible 

Son literalmente 1000 veces más eficientes que los modelos existentes. Un grupo de investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago diseñó algo que antes solo existía en la naturaleza, una célula solar que imita el proceso de la fotosíntesis. Esta hoja artificial convierte de forma económica y eficiente el dióxido de carbono atmosférico en un combustible, utilizando solamente la radiación solar como fuente de energía. Suena increíble, pero ya está probado que funciona , es rentable y accesible.

El hallazgo se informó recientemente en la revista Science y fue financiado por la National Science Foundation y el Departamento de Energía de EE.UU. Desde su publicación, ha llamado la atención de quienes somos apasionados de las energías renovables porque es una solución, no solo a la ineficiencia de las celdas fotovoltaicas actuales y a la dependencia del almacenamiento, sino que además utiliza gases de efecto invernadero como materia prima para producir energía, por lo cual tiene la posibilidad de reducir su concentración en la atmósfera y competir contra la quema de hidrocarburos fósiles, cuyos efectos negativos sobre el ambiente ya conocemos.


Revertir el proceso

A diferencia de las celdas solares convencionales que transforman energía solar en electricidad, este nuevo prototipo hace esencialmente el trabajo de las plantas durante la fotosíntesis. "La nueva celda solar no es fotovoltaica.es fotosintética", dice Amin Salehi-Khojin, profesor asistente de ingeniería mecánica e industrial en la UIC y autor principal del estudio. "En vez de producir energía de manera insostenible y unidireccional a partir de fuentes fósiles y generando gases de efecto invernadero, estamos revirtiendo el proceso, reciclando el dióxido de carbono atmosférico y produciendo combustibles, solo con energía solar'.

Durante la fotosíntesis, las plantas absorben dióxido de carbono y gracias a la radiación solar producen energía, la cual se almacena en forma de trifosfato de adenosina (ATP). Esta nueva celda fotosintética simula una hoja la cual produce un gas sintético, o syngas, formado por una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono. El syngas se puede utilizar directamente o puede convertirse en diesel u otros hidrocarburos.

Sumado a esto, el precio de generar un litro de este combustible sintético es competitivo con la misma cantidad de combustible fósil, sin todos los impactos negativos sobre los ecosistemas. Esto haría que los combustibles fósiles fueran completamente obsoletos y nos haría repensar por completo nuestros métodos de obtención de energía. Todo indica que el fin de la era de los combustibles fósiles puede llegar más rápido de lo que creíamos y que la tecnología será la gran aliada en desbancar su histórico liderazgo.


Del dióxido de carbono al combustible

"Las reacciones químicas que convierten CO2 en alternativas comburentes se llaman reacciones de reducción, opuestas a las oxidación y a la combustión. Los ingenieros han explorado alternativas de diferentes catalizadores para lograr la reducción de CO2, pero hasta el momento estas reacciones han sido ineficientes y dependen de metales preciosos como la plata". dice Salehi-Khojin.

Salehi-Khojin y su equipo se focalizaron en una familia de compuestos llamados dicalcogenuros metálicos de transición o TMDC como catalizadores. Este catalizador es más activo y capaz de romper con mayor facilidad las uniones químicas del dióxido de carbono. Este catalizador es 1000 veces más rápido que un catalizador de metales nobles y 20 veces más barato. Aquí es dónde está la clave del hallazgo.

Otros investigadores han utilizado los TMDC para producir hidrógeno, pero ninguno a partir de la reducción de CO2. Nunca antes el catalizador podría resistir esta reacción. El secreto estuvo en utilizar un líquido iónico conocido como etil-metil-imidazolio tetrafluoroborato (ethyl-methyl-imidazolium tetrafluoroborate), mezclado en partes iguales con agua. Esta combinación produce un co-catalizador que protege los puntos activos del catalizador de las condiciones de las reacciones de reducción.

La hoja artificial de la UIC está formada por dos células fotovoltaicas de silicona de 18 centímetros cuadrados para almacenar la luz. El sistema de co-catalizador del lado del cátodo formado por el líquido iónico de diseleniuro tungsteno, y del lado del ánodo tiene óxido de cobalto en electrolito de fosfato de potasio.


Para gran y pequeña escala

Cuando un rayo de luz de 1000 watts por metro cuadrado (la intensidad promedio que alcanza la superficie de la Tierra) provee de energía a la celda, surgen del cátodo gas de hidrógeno y monóxido, mientras que en el ánodo se producen iones libres de oxígeno e hidrógeno.

"Los iones de hidrógeno se difunden a través de la membrana del lado del cátodo para participar en la reacción de la reducción de dióxido de carbono" dijo Asadi.

La tecnología debería ser adaptable no solamente a gran escala, como parques solares, sino también en aplicaciones de pequeña escala, siendo una solución viable y accesible para todo tipo de proyectos. En términos simples, cada uno podría crear el combustible con el cuál va a llenar el tanque de su automóvil en lugar de pasar por una estación de servicio.

De esta manera, la ciencia, la tecnología y la inspiración en las reacciones químicas de la naturaleza, nos dan una esperanza de terminar de una vez con la generación de energía a partir de fuentes fósiles finitas, insostenibles, contaminantes e inaccesibles.