La tecnología, a un paso de imitar la fotosíntesis

Un nuevo catalizador creado por investigadores del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Toronto (UT), en Canadá, se acerca un paso más a la fotosíntesis artificial, un sistema que, al igual que las plantas, usaría energía renovable para convertir el dióxido de carbono (CO2) en energía química almacenada. Tanto al capturar las emisiones de carbono como al almacenar energía de la energía solar o eólica, el invento proporciona un doble golpe en la lucha contra el cambio climático, informa Europa Press.

«La captura de carbono y la energía renovable son dos tecnologías prometedoras, pero hay problemas», señala Phil De Luna, uno de los principales autores de un artículo publicado este lunes en ‘Nature Chemistry’. «La tecnología de captura de carbono es costosa y la energía solar y eólica son intermitentes. Se puede usar baterías para almacenar energía, pero una batería no va a impulsar un avión al otro lado del Atlántico ni calentar una casa durante todo el invierno: para eso se necesitan combustibles», añade.

De Luna y sus coautores Xueli Zheng y Bo Zhang, quienes dirigieron su trabajo bajo la supervisión del profesor Ted Sargent, apuntan a abordar ambos desafíos a la vez, y buscan inspiración en la naturaleza. Estos expertos están diseñando un sistema artificial que imita cómo las plantas y otros organismos fotosintéticos usan la luz solar para convertir el CO2 y el agua en moléculas que los humanos pueden usar más tarde para obtener combustible.

Como en las plantas, su sistema consiste en dos reacciones químicas relacionadas: una que divide H2O en protones y oxígeno gaseoso, y otra que convierte CO2 en monóxido de carbono, o CO. El CO puede convertirse en combustibles de hidrocarburo a través de un proceso industrial establecido llamado síntesis de Fischer-Tropsch.

«En los últimos años, nuestro equipo ha desarrollado catalizadores de alto rendimiento para la primera y la segunda reacción --relata Zhang, quien contribuyó al trabajo mientras era investigador postdoctoral en la Universidad de Toronto y ahora es profesor en la Universidad de Fudan, en China--. Pero si bien el segundo catalizador funciona en condiciones neutras, el primer catalizador requiere altos niveles de pH para ser más activo».

Eso significa que cuando los dos se combinan, el proceso general no es tan eficiente como podría ser, ya que se pierde energía al mover partículas cargadas entre las dos partes del sistema. El equipo ahora ha superado este problema desarrollando un nuevo catalizador para la primera reacción: dividir el agua en protones y oxígeno gaseoso. A diferencia del catalizador anterior, este funciona a pH neutro, y en esas condiciones funciona mejor que cualquier otro catalizador conocido previamente.

«Necesita menos energía eléctrica para impulsar la reacción --destaca Zheng, que ahora es también investigador postdoctoral en la Universidad de Stanford, Estados Unidos--. Además de eso, tener un catalizador que pueda funcionar al mismo pH neutro que la reacción de conversión de CO2 reduce el potencial general de la célula».

En el documento, el equipo informa sobre la eficiencia general de conversión de energía eléctrica a química del sistema en un 64 por ciento. Según De Luna, este es el valor más alto que se haya logrado para un sistema como este, incluido el anterior, que sólo alcanzó el 54 por ciento.

El nuevo catalizador está hecho de níquel, hierro, cobalto y fósforo, todos elementos que son de bajo costo y presentan pocos riesgos de seguridad. Se puede sintetizar a temperatura ambiente utilizando equipos relativamente económicos y el equipo demostró que se mantuvo estable mientras se probó durante un total de 100 horas.

El laboratorio Sargent ahora está trabajando para construir su sistema de fotosíntesis artificial a escala piloto. El objetivo es capturar el CO2 de gas de combustión, por ejemplo, de una planta de energía que quema gas natural, y utilizar el sistema catalítico para convertirlo de manera eficiente en combustibles líquidos. «Tenemos que determinar las condiciones de funcionamiento correctas: caudal, concentración de electrolito, potencial eléctrico --adelanta De Luna--. Desde este punto, todo es ingeniería». EP