Un gas limpio que hoy se produce a partir de combustibles fósiles, puede crearse con una ‘hoja artificial’ que usa solo luz solar, dióxido de carbono y agua

Eventualmente podría usarse para desarrollar una alternativa de combustible líquido sostenible a la gasolina.

El dispositivo neutral en carbono establece un nuevo punto de referencia en el campo de los combustibles solares, después de que los investigadores de la Universidad de Cambridge demostraron que puede producir directamente el gas, llamado gas de síntesis, de una manera sostenible y simple.

En lugar de funcionar con combustibles fósiles, la hoja artificial funciona con luz solar, aunque todavía funciona de manera eficiente en días nublados y nublados.

Y a diferencia de los procesos industriales actuales para producir gas de síntesis, la hoja no libera dióxido de carbono adicional a la atmósfera. Los resultados se informan en la revista Nature Materials.

Actualmente, Syngas está hecho de una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono, y se usa para producir una variedad de productos, como combustibles, productos farmacéuticos, plásticos y fertilizantes.

“Es posible que no haya oído hablar del gas de síntesis en sí mismo, pero todos los días consume productos creados con él. Ser capaz de producirlo de manera sostenible sería un paso crítico para cerrar el ciclo global del carbono y establecer una industria química y de combustibles sostenible”, dijo.

El autor principal, el profesor Erwin Reisner, del Departamento de Química de Cambridge, que ha pasado siete años trabajando para lograr este objetivo.

El dispositivo que produjeron Reisner y sus colegas está inspirado en la fotosíntesis, el proceso natural por el cual las plantas usan la energía de la luz solar para convertir el dióxido de carbono en alimento.

En la hoja artificial, dos absorbentes de luz, similares a las moléculas en las plantas que cosechan la luz solar, se combinan con un catalizador hecho del elemento cobalto naturalmente abundante.

Cuando el dispositivo se sumerge en agua, un absorbente de luz utiliza el catalizador para producir oxígeno.

El otro lleva a cabo la reacción química que reduce el dióxido de carbono y el agua en monóxido de carbono e hidrógeno, formando la mezcla de gas de síntesis.

Como una ventaja adicional, los investigadores descubrieron que sus absorbente de luz funcionan incluso bajo los bajos niveles de luz solar en un día lluvioso o nublado.

“Esto significa que no está limitado a usar esta tecnología solo en países cálidos, o solo a operar el proceso durante los meses de verano”, dijo el estudiante de doctorado Virgil Andrei, primer autor del artículo. “Se puede usar desde el amanecer hasta el anochecer, en cualquier parte del mundo”.

La investigación se llevó a cabo en el Laboratorio Christian Doppler para Química SynGas Sostenible en el Departamento de Química de la Universidad.

Fue cofinanciado por el gobierno austriaco y la empresa petroquímica austriaca OMV, que está buscando formas de hacer que su negocio sea más sostenible.

“OMV ha sido un ávido defensor del Laboratorio Christian Doppler durante los últimos siete años. La investigación fundamental del equipo para producir gas de síntesis como base para combustible líquido de forma neutral en carbono es innovadora”, dijo Michael-Dieter Ulbrich, Asesor Principal en OMV.

También se han desarrollado otros dispositivos de ‘hoja artificial’, pero estos generalmente solo producen hidrógeno.

Los investigadores de Cambridge dicen que la razón por la que han podido producir el gas de síntesis de manera sostenible es gracias a la combinación de materiales y catalizadores que usaron.

Estos incluyen absorbentes de luz de perovskita de última generación, que proporcionan una alta tensión fotoeléctrica y corriente eléctrica para impulsar la reacción química por la cual el dióxido de carbono se reduce a monóxido de carbono, en comparación con los absorbentes de luz hechos de silicio o materiales sensibilizados por colorantes.

Los investigadores también usaron cobalto como catalizador molecular, en lugar de platino o plata. El cobalto no solo es de menor costo, sino que es mejor para producir monóxido de carbono que otros catalizadores.

El equipo ahora está buscando formas de usar su tecnología para producir una alternativa sostenible de combustible líquido a la gasolina. Syngas ya se utiliza como componente básico en la producción de combustibles líquidos.

“Lo que nos gustaría hacer a continuación, en lugar de producir gas de síntesis y luego convertirlo en combustible líquido, es hacer el combustible líquido en un solo paso con dióxido de carbono y agua”, dijo Reisner, quien también es miembro de St John’s Universidad.

Aunque se están logrando grandes avances en la generación de electricidad a partir de fuentes de energía renovables, como la energía eólica y la energía fotovoltaica, Reisner dice que el desarrollo de la gasolina sintética es vital.

Insiste en que la electricidad actualmente solo puede satisfacer alrededor del 25% de nuestra demanda total de energía global.

“Hay una gran demanda de combustibles líquidos para impulsar el transporte pesado, el transporte marítimo y la aviación de manera sostenible”, dijo.

“Nuestro objetivo es crear de manera sostenible productos como el etanol, que pueden utilizarse fácilmente como combustible”, dijo Andrei.

“Es difícil producirlo en un solo paso a partir de la luz solar utilizando la reacción de reducción de dióxido de carbono. Pero estamos seguros de que vamos en la dirección correcta y de que tenemos los catalizadores correctos, por lo que creemos que podremos producir un dispositivo eso puede demostrar este proceso en el futuro cercano “.

La investigación también fue financiada por el Programa Winton para la Física de la Sostenibilidad.

También colaboraron el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas y el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas.

 

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Vía: Science Daily

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