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Estudio Conducido Por Investigadores De La Academia China De Ciencias Y De La Universidad De Ciencia Y Tecnología De Hong Kong Presenta Un Sistema De Fotosíntesis Artificial Que Usa Luz Solar Natural Para Convertir Dióxido De Carbono Y Agua En Monóxido De Carbono, Insumo Usado En La Producción De Combustibles Sintéticos
Un equipo de científicos chinos desarrolló un sistema de laboratorio basado en fotosíntesis artificial capaz de transformar dióxido de carbono y agua en componentes esenciales para combustibles sintéticos utilizando solo luz solar natural.
La investigación indica un posible camino para reciclar dióxido de carbono, uno de los principales gases de efecto invernadero, y transformarlo en insumos energéticos que pueden ser utilizados en la infraestructura actual de combustibles y motores.
El sistema descrito por los investigadores utiliza un material llamado “reservorio de carga”, diseñado para almacenar energía solar temporalmente en forma de carga eléctrica.
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Esta energía se libera bajo demanda para impulsar reacciones químicas capaces de convertir dióxido de carbono en monóxido de carbono.
Según el estudio, el agua funciona como la única fuente de electrones del proceso, prescindiendo de la necesidad de sustancias químicas adicionales. El resultado es un sistema experimental que busca conectar energía renovable a la producción industrial de combustibles.
El Intento De Reproducir La Fotosíntesis De Las Plantas
Durante décadas, científicos han intentado reproducir en laboratorio el mecanismo natural de la fotosíntesis que ocurre en las plantas. Este proceso transforma dióxido de carbono y agua en moléculas ricas en energía utilizando la luz solar.
La llamada fotosíntesis artificial sigue este mismo principio y busca generar combustibles que puedan ser almacenados y utilizados sin añadir carbono fósil a la atmósfera. Sin embargo, muchos sistemas experimentales presentan limitaciones importantes.
Entre los principales problemas está la rápida pérdida de las cargas fotogeneradas durante las reacciones químicas. En varios casos, los experimentos dependen también de aditivos sacrificiales, sustancias consumidas durante el proceso que acaban generando residuos.
El Nuevo Catalizador Creado Por Investigadores Chinos
Para sortear estas dificultades, un equipo liderado por Yu Huang, de la Academia China de Ciencias, trabajó en asociación con Shuncheng Lee, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong.
Los investigadores desarrollaron un nuevo tipo de catalizador inspirado en componentes naturales presentes en las células vegetales que retienen electrones durante la fotosíntesis. En lugar de utilizar moléculas orgánicas, el grupo diseñó un reservorio de carga inorgánico.
Este reservorio fue construido con trióxido de tungsteno modificado con pequeñas cantidades de plata. El objetivo del material es capturar y almacenar electrones generados por la luz solar, permitiendo que sean utilizados posteriormente en las reacciones químicas.
Cómo Funciona El Sistema Basado En Fotosíntesis Artificial
En el sistema desarrollado por los investigadores, el agua actúa como la única proveedora de electrones para las reacciones químicas. Esta característica hace que el proceso sea potencialmente más limpio y adecuado para aplicaciones a mayor escala.
Cuando la luz solar incide sobre el material a base de tungsteno, los electrones fotoexcitados son capturados por el reservorio de carga. En lugar de desvanecerse rápidamente, como ocurre en muchos experimentos, permanecen almacenados.
El material libera estos electrones almacenados cuando es necesario, permitiendo que la reducción de dióxido de carbono ocurra de manera independiente de la electrólisis del agua. Esta separación de las etapas mejora el control de las reacciones químicas en el sistema.
Producción De Monóxido De Carbono Y Combustibles Sintéticos
En el experimento, el reservorio de carga fue combinado con un catalizador conocido como ftalocianina de cobalto. Este material se utiliza en investigaciones por su capacidad de ayudar en la reducción de dióxido de carbono.
La combinación de los dos componentes permitió producir alrededor de 1,5 milimoles de monóxido de carbono por gramo de catalizador por hora.
Este resultado representa aproximadamente cien veces más producción de lo que se logra cuando la ftalocianina de cobalto se utiliza de manera aislada.
El sistema alcanzó este rendimiento bajo luz solar natural, convirtiendo dióxido de carbono en monóxido de carbono. Este compuesto puede servir como etapa inicial para producir metano y otros combustibles sintéticos.
Posibles Aplicaciones Industriales De La Fotosíntesis Artificial
Aunque el monóxido de carbono se asocia frecuentemente con la contaminación de motores, en la industria química funciona como materia prima para la producción de hidrocarburos similares a la gasolina o al queroseno de aviación.
Procesos industriales ya utilizan mezclas gaseosas ricas en monóxido de carbono e hidrógeno para fabricar combustibles líquidos sintéticos. En este contexto, la producción de este gas a partir de dióxido de carbono puede convertirse en una alternativa a las fuentes fósiles.
La propuesta presentada por el estudio apunta a la posibilidad de extraer dióxido de carbono del aire o de emisiones industriales y transformarlo en materia prima energética.
De esta forma, el proceso podría reducir la dependencia de la explotación de petróleo.
La Investigación Aún Es Considerada Prueba De Concepto
Otros grupos de investigación también investigan sistemas inspirados en la fotosíntesis.
Equipos de la Universidad de Cambridge, por ejemplo, desarrollaron hojas artificiales capaces de utilizar luz solar, dióxido de carbono y agua para producir combustibles.
La estrategia china se centra en el reservorio de carga inorgánico que puede combinarse con diferentes catalizadores. El sistema también mantiene el agua como el único socio sacrificial del proceso.
Los investigadores describen el catalizador como una prueba de concepto dirigida a avanzar la fotosíntesis artificial hacia la producción práctica de combustible. El estudio principal fue publicado en la revista científica Nature Communications.
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