Desarrollan hojas artificiales flotantes que producen combustible del sol y el agua
Científicos de Cambridge presentan en Nature unas
"hojas artificiales" flotantes que generan combustibles limpios a
partir de la luz solar y el agua, y podrían funcionar a gran escala en el mar.
El equipo ha diseñado unos dispositivos ultrafinos y
flexibles que se inspiran en la fotosíntesis, el proceso por el que las plantas
convierten la luz solar en alimento. Como estos dispositivos autónomos de bajo
coste son lo suficientemente ligeros como para flotar, podrían utilizarse para
generar una alternativa sostenible a la gasolina sin ocupar espacio en tierra.
Las pruebas al aire libre realizadas con estas hojas
ligeras en el río Cam, cerca de lugares emblemáticos de Cambridge como el
Puente de los Suspiros, la Biblioteca Wren y la Capilla del King's College,
demostraron que pueden convertir la luz solar en combustible con la misma
eficacia que las hojas de las plantas.
Es la primera vez que se genera combustible limpio
en el agua y, si se amplía, las hojas artificiales podrían utilizarse en vías
navegables contaminadas, en puertos o incluso en el mar, y podrían ayudar a
reducir la dependencia de la industria naviera mundial de los combustibles
fósiles.
Mientras que las tecnologías de energías renovables,
como la eólica y la solar, se han abaratado considerablemente y están más
disponibles en los últimos años, para industrias como la del transporte
marítimo, la descarbonización es una tarea mucho más difícil. Alrededor del 80%
del comercio mundial se transporta en buques de carga propulsados por
combustibles fósiles y, sin embargo, el sector ha recibido muy poca atención en
los debates sobre la crisis climática.
Durante varios años, el grupo de investigación del
profesor Erwin Reisner en Cambridge ha estado trabajando para abordar este
problema mediante el desarrollo de soluciones sostenibles para la gasolina que
se basan en los principios de la fotosíntesis. En 2019, desarrollaron una hoja
artificial que fabrica syngas -un intermediario clave en la producción de
muchos productos químicos y farmacéuticos- a partir de la luz solar, el dióxido
de carbono y el agua.
El prototipo anterior generaba combustible
combinando dos absorbentes de luz con catalizadores adecuados. Sin embargo,
incorporaba gruesos sustratos de vidrio y revestimientos protectores contra la
humedad, lo que hacía que el dispositivo fuera voluminoso.
"Las hojas artificiales podrían reducir
sustancialmente el coste de la producción de combustible sostenible, pero como
son pesadas y frágiles, son difíciles de producir a escala y de
transportar", explica el doctor Virgil Andrei, del Departamento de Química
Yusuf Hamied de Cambridge, coautor del artículo.
El reto era cómo depositar los absorbentes de luz en
sustratos ligeros y protegerlos contra la infiltración de agua
"Queríamos ver hasta qué punto podíamos reducir
los materiales que utilizan estos dispositivos sin que ello afectara a su
rendimiento --explica Reisner, que dirigió la investigación--. Si podemos
reducir los materiales lo suficiente como para que sean lo bastante ligeros
como para flotar, se abrirán nuevas posibilidades de uso de estas hojas
artificiales".
Para la nueva versión de la hoja artificial, los
investigadores se inspiraron en la industria de la electrónica, donde las
técnicas de miniaturización han llevado a la creación de teléfonos inteligentes
y pantallas flexibles, revolucionando el campo.
El reto para los investigadores de Cambridge era
cómo depositar los absorbentes de luz en sustratos ligeros y protegerlos contra
la infiltración de agua. Para superar estos retos, el equipo utilizó óxidos
metálicos de capa fina y materiales conocidos como perovskitas, que pueden
recubrirse sobre láminas flexibles de plástico y metal.
Los dispositivos se cubrieron con capas de carbono
micrométricas y repelentes al agua que impedían la degradación por la humedad.
El resultado fue un dispositivo que no sólo funciona, sino que parece una hoja
real.
"Este estudio demuestra que las hojas
artificiales son compatibles con las técnicas de fabricación modernas, lo que
representa un primer paso hacia la automatización y la ampliación de la
producción de combustible solar --afirma Andrei--. Estas hojas combinan las
ventajas de la mayoría de las tecnologías de combustible solar, ya que
consiguen el bajo peso de las suspensiones de polvo y el alto rendimiento de
los sistemas cableados".
Las pruebas de las nuevas hojas artificiales
demostraron que pueden dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, o reducir el CO2
a syngas. Aunque habrá que introducir mejoras adicionales antes de que estén
listas para aplicaciones comerciales, los investigadores afirman que este
avance abre nuevas vías de trabajo.
"Las granjas solares se han hecho populares
para la producción de electricidad; nosotros imaginamos granjas similares para
la síntesis de combustible --indica Andrei--. Podrían abastecer a asentamientos
costeros, islas remotas, cubrir estanques industriales o evitar la evaporación
del agua de los canales de riego".
"Muchas tecnologías de energía renovable,
incluidas las de combustible solar, pueden ocupar gran cantidad de espacio en
tierra, por lo que trasladar la producción a aguas abiertas significaría que la
energía limpia y el uso de la tierra no compiten entre sí --prosigue Reisner--.
En teoría, se podrían enrollar estos dispositivos y colocarlos en casi
cualquier lugar, en casi cualquier país, lo que también ayudaría a la seguridad
energética".
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