Ciencia

Avance energético: las hojas artificiales flotantes producen combustible a partir de la luz solar y el agua

Inspirándose en las hojas fotosintéticas naturales, los dispositivos ultradelgados y flexibles son una creación del químico Dr. Virgil Andrei y sus colegas. Los investigadores probaron sus prototipos en el río Cam, cerca de lugares emblemáticos de Cambridge como el Puente de los Suspiros, la Biblioteca Wren y la Capilla del King’s College. Demostraron que los dispositivos pueden convertir la luz solar en combustible con la misma eficiencia que las hojas de las plantas en la naturaleza.

Esta, dijo el equipo, es la primera vez que se genera combustible limpio en el agua.

Prevén los dispositivos autónomos de bajo costo que operan en masa en el mar, en los puertos o incluso en vías fluviales contaminadas.

De esta forma, las hojas artificiales podrían producir una alternativa sostenible al petróleo sin ocupar espacio en tierra.

Los dispositivos podrían incluso ayudar a reducir la dependencia de la industria naviera global de los combustibles fósiles.

En la actualidad, alrededor del 80 por ciento del comercio mundial se transporta en buques de carga que funcionan con combustibles fósiles, pero el sector ha atraído poca atención en las discusiones sobre la crisis climática.

Parte del problema es que el desarrollo de tecnologías de energía renovable como la energía eólica y solar no se adapta bien a industrias como el transporte marítimo, para las cuales la descarbonización es más difícil.

Durante varios años, el grupo de investigación con sede en Cambridge había estado tratando de abordar este problema mediante el desarrollo de combustibles sostenibles producidos mediante métodos basados ​​en los principios de la fotosíntesis.

En 2019, el equipo logró desarrollar una hoja artificial capaz de producir el llamado gas de síntesis, un intermediario clave en la producción de muchos productos químicos y farmacéuticos diferentes, utilizando solo dióxido de carbono, luz solar y agua como ingredientes.

Este concepto temprano generó combustible al combinar dos absorbentes de luz con catalizadores, pero sus sustratos de vidrio grueso y sus revestimientos protectores contra la humedad lo decepcionaron, lo que lo dejó bastante voluminoso.

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Para el nuevo diseño ligero y flotante, el equipo se inspiró en las técnicas de miniaturización utilizadas por la industria electrónica para producir tecnología tan delgada como teléfonos inteligentes y pantallas flexibles.

Para depositar absorbentes de luz en sustratos livianos, el equipo utilizó óxidos metálicos de película delgada y materiales llamados perovskitas que se pueden recubrir sobre láminas metálicas y plásticas flexibles.

A continuación, protegieron las hojas contra la infiltración de agua cubriéndolas con capas de carbono del grosor de un micrómetro.

El Dr. Andrei dijo: “Este estudio demuestra que las hojas artificiales son compatibles con las técnicas modernas de fabricación, lo que representa un primer paso hacia la automatización y la ampliación de la producción de combustible solar.

“Estas hojas combinan las ventajas de la mayoría de las tecnologías de combustible solar, ya que logran el bajo peso de las suspensiones de polvo y el alto rendimiento de los sistemas cableados”.

Según los investigadores, se necesitarán mejoras antes de que se puedan producir sus hojas artificiales para aplicaciones comerciales, pero el último prototipo ya está abriendo nuevas vías en su trabajo.

El Dr. Andrei dijo: “Las granjas solares se han vuelto populares para la producción de electricidad; imaginamos granjas similares para la síntesis de combustible.

“Estos podrían abastecer asentamientos costeros, islas remotas, cubrir estanques industriales o evitar la evaporación del agua de los canales de riego”.

El Prof. Reisner concluyó: “Muchas tecnologías de energía renovable, incluidas las tecnologías de combustible solar, pueden ocupar grandes cantidades de espacio en la tierra, por lo que mover la producción a aguas abiertas significaría que la energía limpia y el uso de la tierra no compiten entre sí.

“En teoría, podría enrollar estos dispositivos y colocarlos en casi cualquier lugar, en casi cualquier país, lo que también ayudaría con la seguridad energética”.

Los hallazgos completos del estudio se publicaron en la revista Nature.

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