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La fotosíntesis artificial da un paso adelante
Un esfuerzo de investigación respaldado por el gobierno de EE. UU. ha dado un paso importante para imitar la capacidad de una planta para convertir la luz solar y el agua en combustible. El problema es que los investigadores no tienen suficiente dinero para continuar con el esfuerzo.
El Centro Conjunto de Fotosíntesis Artificial (JCAP), un programa de investigación creado por la administración Obama en 2010, involucra a investigadores de varios laboratorios académicos, dirigidos por un equipo de Caltech. Estos investigadores han demostrado una forma de prolongar la vida útil de un tipo prometedor de electrolizador solar, que utiliza la luz solar para dividir directamente el agua para formar oxígeno e hidrógeno. El hidrógeno producido podría almacenarse y utilizarse para generar electricidad durante la noche en centrales eléctricas o vehículos de pila de combustible.
JCAP se fundó en 2010 como uno de los pocos centros de innovación del Departamento de Energía de EE. UU., con una promesa de $122 millones en cinco años. Nathan Lewis, el director del centro, espera que el último progreso pueda persuadir al Congreso para que extienda su financiación. Ahora estamos en racha y esperamos poder continuar, dice.
Es posible producir hidrógeno con energía solar indirectamente, mediante el uso de paneles solares para alimentar un electrolizador convencional. Pero esto es caro: una cantidad de combustible de hidrógeno equivalente a un galón de gasolina costaría entre 10 y 20 dólares. Un dispositivo capaz de utilizar la luz solar para dividir el agua podría reducir significativamente los costos; Lewis dice que el hidrógeno resultante podría costar tan poco como $2 a $4 por una cantidad equivalente a un galón de gasolina, aunque dice que es demasiado pronto para confiar en tales estimaciones.
Los investigadores de JCAP utilizaron dos tecnologías probadas comercialmente para crear su dispositivo: electrólisis y células solares de telururo de cadmio o silicio. Para reducir costos, combinaron elementos de ambos en un solo dispositivo de una manera que lo hace menos complejo y potencialmente más eficiente. Los electrolizadores tienen dos electrodos equipados con catalizadores que reducen la cantidad de energía requerida para dividir el agua. En el nuevo sistema, los investigadores agregaron catalizadores a las células solares, lo que les permitió funcionar como electrodos electrolizadores, lo que redujo el número de piezas. También optimizaron los catalizadores para trabajar con las células solares.
Las soluciones alcalinas utilizadas en la mayoría de los electrolizadores normalmente destruirán las células solares en segundos, pero los investigadores descubrieron que un tipo de óxido de níquel puede servir como catalizador y también proteger las células solares. El catalizador ayuda a liberar átomos de oxígeno de las moléculas de agua y produce oxígeno gaseoso, utilizando la energía de las células solares. En las pruebas, el material permitió que las células solares duraran más de 1000 horas, no lo suficiente para un dispositivo comercial, pero sí una mejora espectacular.
El dispositivo actúa como uno de los dos electrodos en un electrolizador. Para un dispositivo práctico, el catalizador de hidrógeno debe mejorarse. Existen algunos catalizadores eficientes, pero normalmente funcionan en ambientes ácidos, no alcalinos.