Unos investigadores han desarrollado una tecnología solar que convierte el dióxido de carbono y el agua en combustibles líquidos que pueden añadirse directamente al motor de un coche.
Los investigadores de la Universidad de Cambridge aprovecharon el poder de la fotosíntesis para convertir el CO2, el agua y la luz solar en combustibles multicarbono -etanol y propanol- en un solo paso. Estos combustibles tienen una alta densidad energética y pueden almacenarse o transportarse fácilmente.
A diferencia de los combustibles fósiles, estos combustibles solares producen cero emisiones netas de carbono y son completamente renovables, y a diferencia de la mayoría del bioetanol, no desvían ninguna tierra agrícola de la producción de alimentos.
Aunque la tecnología aún está en fase de laboratorio, los investigadores afirman que sus "hojas artificiales" son un paso importante en la transición hacia una economía basada en los combustibles fósiles. Los resultados se publican en la revista Nature Energy.
El bioetanol se presenta como una alternativa más limpia a la gasolina, ya que se fabrica a partir de plantas y no de combustibles fósiles. Hoy en día, la mayoría de los coches y camiones que circulan por las carreteras lo hacen con gasolina que contiene hasta un 10% de etanol (combustible E10). Estados Unidos es el mayor productor mundial de bioetanol: según el Departamento de Agricultura, casi el 45% de todo el maíz cultivado en el país se destina a la producción de etanol.
"Los biocombustibles como el etanol son una tecnología controvertida, entre otras cosas porque ocupan tierras agrícolas que podrían utilizarse para cultivar alimentos", afirma el profesor Erwin Reisner, que dirigió la investigación.
Bendita fotosíntesis
El grupo de investigación de Reisner, con sede en el Departamento de Química Yusuf Hamied, lleva varios años desarrollando combustibles sostenibles con cero emisiones de carbono inspirados en la fotosíntesis -el proceso por el que las plantas convierten la luz solar en alimento- utilizando hojas artificiales.
Hasta la fecha, estas hojas artificiales sólo han sido capaces de fabricar sustancias químicas simples, como syngas, una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono que se utiliza para producir combustibles, productos farmacéuticos, plásticos y fertilizantes. Pero para que la tecnología fuera más práctica, tendría que ser capaz de producir directamente sustancias químicas más complejas en un solo paso alimentado por energía solar.
Ahora, la hoja artificial puede producir directamente etanol y propanol limpios sin necesidad del paso intermedio de producir gas sintético.
Los investigadores desarrollaron un catalizador a base de cobre y paladio. El catalizador se optimizó para que la hoja artificial pudiera producir sustancias químicas más complejas, en concreto los alcoholes multicarbónicos etanol y n-propanol. Ambos alcoholes son combustibles de alta densidad energética que pueden transportarse y almacenarse fácilmente.
Energía solar
Otros científicos han logrado producir sustancias químicas similares con energía eléctrica, pero ésta es la primera vez que se producen sustancias químicas tan complejas con una hoja artificial utilizando únicamente la energía del Sol.
"Hacer brillar la luz solar sobre las hojas artificiales y obtener combustible líquido a partir de dióxido de carbono y agua es un ejercicio de química asombroso", afirma Motiar Rahaman, primer autor del artículo. "Normalmente, cuando se intenta convertir CO2 en otro producto químico mediante un dispositivo de hojas artificiales, casi siempre se obtiene monóxido de carbono o gas sintético, pero aquí hemos sido capaces de producir un combustible líquido práctico utilizando sólo la energía del Sol. Es un avance emocionante que abre nuevas vías en nuestro trabajo".
De momento, el dispositivo es una prueba de concepto y sólo muestra una eficiencia modesta. Los investigadores están trabajando en la optimización de los absorbedores de luz para que puedan absorber mejor la luz solar y en la optimización del catalizador para que pueda convertir más luz solar en combustible. También habrá que seguir trabajando para que el dispositivo sea escalable y pueda producir grandes volúmenes de combustible.
"Aunque aún queda trabajo por hacer, hemos demostrado lo que estas hojas artificiales son capaces de hacer", afirma Reisner. "Es importante demostrar que podemos ir más allá de las moléculas más simples y fabricar cosas que sean directamente útiles a medida que nos alejamos de los combustibles fósiles".
La investigación ha sido financiada en parte por la beca Marie Skłodowska-Curie de la Comisión Europea, el Cambridge Trust y el Programa Winton de Física de la Sostenibilidad. Erwin Reisner es investigador y Motiar Rahaman es investigador asociado del St John's College de Cambridge.
Ramón Martín
20/05/2023