Más cerca de la fotosíntesis artificial

MADRID, 11 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Científicos del Instituto de Tecnología de California (Caltech) han desarrollado una película conductora capaz de aprovechar la luz solar para separar el agua en combustible de hidrógeno.

   Cuando se aplica a materiales semiconductores como el silicio, la película de óxido de níquel evita la acumulación de óxido y facilita un proceso químico importante en la producción de combustibles derivados de energía solar como el metano o el hidrógeno.

   "Hemos desarrollado un nuevo tipo de capa protectora que permite un proceso clave en la producción de combustiles dervicados de la energía solar que se realicen con récord de eficiencia, estabilidad y eficacia, y en un sistema que es intrínsecamente seguro y no produce mezclas explosivas de hidrógeno y oxígeno", afirma Nate Lewis, profesor de Química en Caltech y coautor de un nuevo estudio publicado esta semana en la edición digital de 'Proceedings of the National Academy of Sciences'.

   El desarrollo podría ayudar a diseñar sistemas fotosintéticos artificiales seguros y eficientes --también llamados generadores de combustible solar u "hojas artificiales"-- que replican el proceso natural de la fotosíntesis que las plantas utilizan para convertir la luz del sol, el agua y el dióxido de carbono en oxígeno y combustible en forma de hidratos de carbono o azúcares.

   La hoja artificial que el equipo de Lewis está desarrollando, en parte, en el Centro Conjunto de Caltech para Fotosíntesis Artificial (JCAP, por sus siglas en inglés) consta de tres componentes principales: dos electrodos --un fotoánodo y un fotocátodo-- y una membrana. El fotoánodo utiliza la luz solar para oxidar las moléculas de agua para generar oxígeno, protones, y electrones, mientras que el fotocátodo recombina los protones y los electrones para formar hidrógeno.

   La membrana, normalmente está hecha de plástico, mantiene los dos gases -oxígeno e hidrógeno-- separados con el fin de eliminar cualquier posibilidad de una explosión y permite recoger los gases bajo presión para empujarlos de forma segura por una tubería. Lewis y otros científicos han experimentado con la creación de revestimientos protectores para los electrodos con el fin de evitar la oxidación, pero todos los intentos anteriores han fracasado por diversas razones.

   El equipo ha demostrado que su película de óxido de níquel es compatible con muchos tipos diferentes de materiales semiconductores, como el silicio, el fosfuro de indio y telururo de cadmio. Cuando se aplica a fotoánodos, la película de óxido de níquel superó con creces el rendimiento de otras películas similares, incluyendo una que el grupo de Lewis creó el año pasado. Esa película era más complicada, con dos capas frente a una y con el dióxido de titanio (TiO2, también conocido como óxido de titanio), un compuesto natural que se utiliza también para hacer protectores solares, cremas dentales y pintura blanca, como principal material.

   "Después de ver que los fotoánodos funcionan a un rendimiento récord sin ninguna degradación perceptible durante 24 horas, y luego durante cien horas, y después 500 horas, sabía que habíamos hecho lo que no se había podido realizar antes", celebra Ke Sun, del laboratorio de Lewis y primer autor del nuevo estudio.

   El equipo de Lewis desarrolló una técnica para fabricar la película de óxido de níquel que implica romper los átomos de argón en un gránulo de átomos de níquel a altas velocidades, en un ambiente rico en oxígeno. Fundamentalmente, la película de óxido de níquel del equipo funciona bien en conjunción con la membrana que separa el fotoánodo del fotocátodo e impulsa la producción de gases de hidrógeno y oxígeno, pero todavía están muy lejos de desarrollar un producto comercial que pueda convertir la luz solar en combustible