junio 28, 2022

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El avance de la fotosíntesis artificial se acerca


Imagina que pudiéramos hacer lo que las plantas verdes pueden hacer: fotosíntesis. Entonces podríamos satisfacer nuestras enormes necesidades energéticas con hidrógeno de color verde intenso y biodiésel neutral para el clima. 


por Rianne Lindhout, Universidad de Leiden


Los científicos han estado trabajando en esto durante décadas. El químico Chengyu Liu recibirá su doctorado el 8 de junio para dar otro paso más que acerca la fotosíntesis artificial. Él espera que sea un lugar común en cincuenta años.

De hecho, ya podemos lograr la fotosíntesis como lo hacen las plantas verdes . La energía solar convierte el CO 2 y el agua en oxígeno y compuestos químicos que podemos utilizar como combustible. Hidrógeno por ejemplo, pero también compuestos de carbono como los que se encuentran en la gasolina. Pero los costos son más altos que el valor del combustible que produce. Si eso cambia, y podemos ampliar esta fotosíntesis artificial de forma gigantesca, entonces todos nuestros problemas energéticos se resolverán. Entonces las emisiones de CO 2 de la producción de energía se volverán negativas.

Prometedor, pero aún no hemos llegado

Aunque suena prometedor, todavía no hemos llegado allí. Chengyu Liu, uno de los dedicados investigadores que trabajan en la fotosíntesis artificial: «Ahora que este tema es un tema tan candente en todo el mundo, creo que la primera aplicación real de esto será un hecho dentro de veinte años». Pero eso no es todo, continúa: «Después de la introducción de una nueva tecnología como esta, siempre pasan décadas antes de que se convierta en una práctica común. Sucedió lo mismo después de la invención de la máquina de vapor en el siglo XIX. Sospecho que será otros treinta o cincuenta años antes de que se utilice industrialmente a gran escala».

Hidrógeno verde real

Ya tenemos coches que funcionan con hidrógeno , con sólo agua como gas de escape. Pero se necesita mucha energía para producir ese hidrógeno. El «hidrógeno verde» que producimos hoy en día solo significa que obtenemos la energía para producirlo de un molino de viento o un panel solar, y no del carbón, el gas o el petróleo. Con la fotosíntesis, esa energía proviene directamente del sol, sin que un panel solar tenga que suministrar energía primero.

No hay árboles falsos, pero se necesitan grandes superficies

¿Cómo sería nuestro mundo cuando la fotosíntesis artificial fuera el estándar? ¿Tendríamos árboles artificiales con hojas artificiales en todas partes para satisfacer nuestras necesidades energéticas? «De hecho, se necesitan grandes superficies para atrapar la luz, el gas CO2 y el agua (vapor). Esto se puede hacer, por ejemplo, en forma de paneles solares en los techos. O podríamos colocar cajas de fotosíntesis en el desierto, trabajando durante el día y recolectar vapor de agua por la noche. Debe haber muchas más formas diferentes de usar este tipo de configuración. Una vez que resolvamos con éxito el problema del precio de las reacciones en sí, el siguiente paso será la optimización de dispositivos a gran escala. aplicaciones».

Liu ya lo prevé totalmente: «Sería genial si pudiéramos usar agua de mar, porque no escasea. Entonces usaríamos un dispositivo que produce energía muy barata con luz solar gratis, agua de mar gratis y CO 2 gratis . La energía fósil estaría lejos demasiado caro en comparación.»

Dos componentes: división del agua y reducción de CO 2

La fotosíntesis artificial, como la variante natural en las plantas verdes, consta de dos partes. Uno es el agua que se divide en hidrógeno y oxígeno. El otro es la reducción del dióxido de carbono en hidrocarburos ricos en energía. El objetivo es lograr estas dos partes en un sistema que, por un lado, reduzca el contenido de CO 2 del aire y, por otro lado, produzca combustibles y oxígeno.

El catalizador ideal: eficiente, barato y fácilmente disponible

En su Ph.D. investigación, Liu se centró en la primera parte de la división del agua, que produce hidrógeno y oxígeno. Un acelerador de reacción o catalizador puede ayudar a que esa reacción sea más eficiente desde el punto de vista energético. Liu: «Entre otras cosas, he desarrollado estrategias para diseñar catalizadores más eficientes. El catalizador ideal no solo es eficiente, sino también barato y fácilmente disponible. No debe ser un metal raro, por ejemplo, que tiene que obtener de algún lado». con mucho daño ambiental».

uno de los mejores momentos

Encontrar el catalizador ideal es uno de los mayores desafíos en el campo de la investigación, dice Liu. «Uno de los mejores momentos de mi investigación fue cuando encontré una nueva estrategia para diseñar un catalizador para la producción de hidrógeno, justo en un entorno de pH neutro».

La investigación de Liu proporcionó nuevas reglas de diseño e ideas sobre cómo lograr una fotosíntesis artificial eficiente. «Los resultados brindan una comprensión fundamental, así como una estrategia práctica para encontrar nuevos catalizadores para la oxidación del agua. Espero continuar con mi investigación. Eventualmente, me gustaría ser uno de los investigadores que logre un sistema completo de fotosíntesis artificial».

El promotor Bonnet ve a Liu presente cuando los investigadores hagan realista un sistema completo de fotosíntesis artificial. «Mi sensación es que si la gente encuentra la forma de realizar una fotosíntesis artificial eficiente algún día, o una forma de hacer una hoja artificial, Chengyu podría ser uno de ellos. Tiene la pasión, la comprensión, la excelente actitud científica y ha recibido excelente entrenamiento.»



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