Investigadores de la RMIT University de Melbourne han desarrollado un material nano mejorado que puede capturar el 99% de la luz y convertirla en reacciones químicas de potencia. Además de reducir el impacto ambiental de la fabricación de productos químicos, la innovación podría algún día utilizarse para ofrecer tecnologías como mejores cámaras infrarrojas y desalinización de agua con energía solar.
La investigación, que ha sido publicada en ACS Applied Energy Materials, aborda el desafío de encontrar fuentes de energía alternativas para la fabricación de productos químicos, sector que representa aproximadamente el 10% del consumo mundial de energía y el 7% de las emisiones de gases de efecto invernadero industriales.
En Estados Unidos, la fabricación de productos químicos utiliza más energía que cualquier otra industria, lo que representa el 28% del consumo industrial de energía en 2017.
Si bien la catálisis fotográfica, el uso de la luz para impulsar las reacciones químicas, está creciendo en la industria, la eficiencia y el costo siguen siendo obstáculos importantes para una adopción más amplia.
El investigador principal, Daniel Gómez, dijo que la nueva tecnología maximiza la absorción de luz para convertir eficientemente la energía luminosa en energía química. "La fabricación de productos químicos es una industria que consume mucha energía porque los procesos catalíticos tradicionales requieren un calentamiento intensivo y presión para impulsar las reacciones", dijo Gómez.
"Pero uno de los grandes desafíos para avanzar hacia un futuro más sostenible es que muchos de los materiales que son mejores para provocar reacciones químicas no son lo suficientemente sensibles a la luz. El catalizador de fotos que hemos desarrollado puede captar el 99% de la luz en todo el espectro y el 100% de los colores específicos”.
"Es una tecnología escalable y eficiente que abre nuevas oportunidades para el uso de la energía solar: pasar de la generación de electricidad a convertir directamente la energía solar en productos químicos valiosos".
Nano-tecnología para la energía solar
La investigación se centró en el paladio, un elemento que es excelente para producir reacciones químicas pero que generalmente no responde a la luz. Al manipular las propiedades ópticas de las nanopartículas de paladio, los investigadores pudieron hacer que el material fuera más sensible a la luz.
Si bien el paladio es raro y costoso, la técnica requiere solo una cantidad minúscula: 4 nanómetros de paladio nano mejorado es suficiente para absorber el 99% de la luz y lograr una reacción química. Un cabello humano, de media, tiene 100.000 nanómetros de grosor.
Más allá de la fabricación química, la innovación podría desarrollarse aún más para una gama de otras aplicaciones potenciales, incluida una mejor tecnología de visión nocturna, produciendo imágenes más claras y más sensibles a la luz.
Otro uso potencial es para la desalinización. El material nano-mejorado podría colocarse en agua salada y luego exponerse a la luz solar, produciendo suficiente energía para hervir y evaporar el agua, separándola de la sal.
Gómez, quien dirige el laboratorio de Polaritonics en RMIT, dijo que la nueva tecnología podría aumentar significativamente el rendimiento en el sector de la foto-catálisis emergente, con las principales empresas que actualmente producen alrededor de 30 kg de producto cada día utilizando la luz como la fuerza motriz.
"Nuestro objetivo final es utilizar esta tecnología para aprovechar la luz solar de manera eficiente y convertir la energía solar en productos químicos, con el objetivo de transformar esta industria vital en una que sea renovable y sostenible".
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