Un nuevo catalizador creado por los investigadores de U of T Engineering los 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 para almacenar energía de la energía solar o eólica, la invención proporciona un doble golpe en la lucha contra el cambio climático.
"La captura de carbono y la energía renovable son dos tecnologías prometedoras, pero hay problemas", dice Phil De Luna, uno de los principales autores de un artículo publicado hoy en Nature Chemistry. "La tecnología de captura de carbono es costosa, y la energía solar y eólica son intermitentes. 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 necesita combustibles. "
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 al mismo tiempo, y buscan inspiración en la naturaleza. 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 llamada síntesis de Fischer-Tropsch.)
El equipo ahora ha superado este problema desarrollando un nuevo catalizador para la primera reacción: el que divide 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 previamente informado.
El nuevo catalizador está hecho de níquel, hierro, cobalto y fósforo, todos los 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 lo probaron, un total de 100 horas.
Armado con su catalizador mejorado, el laboratorio Sargent ahora está trabajando para construir su sistema de fotosíntesis artificial a escala piloto. El objetivo es capturar el CO2 del 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.
Bibliografía
Theory-driven design of high-valence metal sites for water oxidation confirmed using in situ soft X-ray absorption, Nature Chemistry (2017).
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