Investigadores de Cambridge usan la luz solar para crear una gota líquida y limpia

Motiyar Rahman

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Investigadores de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido lograron replicar el proceso de fotosíntesis para convertir el dióxido de carbono y el agua en combustible. Lo más destacado de la investigación es que el combustible se puede utilizar como combustible directo para los vehículos existentes, según un comunicado de prensa.

Con países de todo el mundo que buscan formas de alejarse de los combustibles fósiles, se están promoviendo los modos de transporte eléctricos al tiempo que se desalienta la venta de vehículos con motores de combustión interna (ICE). Aunque la política tiene la intención correcta, un paso obligatorio a los vehículos eléctricos dejará millones de vehículos con ICE en el depósito de chatarra y al mismo tiempo aumentará la demanda de minerales de tierras raras que se necesitan para fabricar baterías EV.

Un combustible directo que no emita carbono podría extender la vida útil de los vehículos ICE sin generar preocupaciones sobre el daño al medio ambiente. La investigación en Cambridge promete hacer realidad esta posibilidad en un futuro próximo.

Se han sugerido biocombustibles como el etanol como reemplazo de los combustibles fósiles. Los países ya han comenzado a usarlos como sustitutos en proporciones más pequeñas. Sin embargo, la producción de biocombustibles requiere el desvío de tierras agrícolas.

Con una población mundial en constante crecimiento, muchos han cuestionado la necesidad de convertir los alimentos en combustible. Solo en los EE. UU., el 45 por ciento del maíz cultivado se utiliza para la producción de etanol.

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Erwin Reisner y su equipo de investigadores de Cambridge han estado buscando formas de generar combustibles sin carbono y han encontrado la respuesta en la hoja artificial. Al igual que sus contrapartes naturales, las hojas artificiales convierten el dióxido de carbono y el agua en productos químicos utilizables que se pueden usar en la industria farmacéutica, plástica o de combustibles.

Los investigadores pudieron usar su hoja artificial para producir gas de síntesis, una combinación de hidrógeno y monóxido de carbono. Sin embargo, la necesitaban para fabricar productos químicos mucho más complejos en un solo paso si la tecnología tenía que tener aplicaciones prácticas.

Luego, los investigadores desarrollaron un catalizador con cobre y paladio que permitió que la hoja artificial produjera sustancias químicas complejas como etanol y propanol. Ambos alcoholes multicarbonados también son combustibles de alta densidad que se pueden almacenar y transportar fácilmente.

Investigaciones de otros grupos también han conducido a la síntesis de estas moléculas de alcohol, pero la fuente de energía en su caso era la electricidad. Esta es la primera vez que se utiliza únicamente la energía solar para sintetizar estos productos químicos.

El dispositivo aún se encuentra en la etapa de prueba de concepto. El equipo de investigación ahora está trabajando para optimizar los absorbedores de luz y el catalizador para que se pueda generar más combustible, aumentando la eficiencia general del sistema. El trabajo adicional también implicará aumentar el tamaño de la hoja para que se puedan generar grandes volúmenes de combustible a la vez.

Los resultados de la investigación se publicaron hoy en la revista Nature Energy.

Abstracto:

La síntesis de combustibles líquidos de alta densidad energética a partir de CO2 y H2O impulsados ​​por la luz solar tiene el potencial de crear una economía circular. A pesar del progreso en la producción de productos gaseosos simples, el ensamblaje de dispositivos fotoelectroquímicos sin asistencia para la producción de multicarbono líquido sigue siendo un gran desafío. Aquí ensamblamos un dispositivo de hoja artificial independiente mediante la integración de un electrocatalizador Cu94Pd6 derivado de óxido con absorbentes de luz en tándem de perovskita-BiVO4 que combinan la reducción de CO2 con la oxidación del agua. El cable Cu94Pd6 | El dispositivo de perovskita–BiVO4 proporciona una eficiencia Faradaica de ~7,5 % para alcoholes multicarbonados (~1:1 de etanol y n-propanol), mientras que la hoja artificial independiente produce ~1 μmol cm−2 de alcoholes después de 20 h de operación sin asistencia bajo AM 1.5 Irradiación G con una tasa de ~ 50 μmol h-1 gCuPd-1. Este estudio demuestra la producción de combustibles líquidos multicarbono a partir de CO2 sobre una hoja artificial y, por lo tanto, nos acerca un paso más al uso de la luz solar para generar productos complejos de valor agregado.