Combustible renovable mediante la energía solar

Los vegetales convierten el dióxido de carbono y el agua en oxígeno y azúcares de alta energía, que utilizan como “combustible” para crecer. Obtienen su energía de la luz solar. Desde hace tiempo, se busca un método viable y lo bastante práctico para emular esta reacción, la fotosíntesis, utilizada por las plantas para capturar el dióxido de carbono del aire, y a partir de aquí producir combustibles químicos, como el metano, el etanol y el metanol. En definitiva, reproducir artificialmente esta reacción permitiría conseguir una fuente eficaz de combustible renovable.

El equipo de Jianwu Sun, de la Universidad de Linköping en Suecia, trabaja hacia ese objetivo y ya ha obtenido resultados muy prometedores.

El nuevo método para obtener combustibles renovables a partir de materias primas y energía solar se encuentra actualmente en fase de investigación, pero el objetivo a largo plazo de los científicos es que la técnica sea lo bastante eficiente como para resultar rentable.

Al convertir el dióxido de carbono en combustible renovable con la ayuda de la energía solar, esta técnica podría contribuir al desarrollo de fuentes de combustibles renovables y reducir el efecto perjudicial que sobre el clima tiene la combustión de los combustibles fósiles, tal como destaca Sun.

El grafeno es uno de los materiales más delgados que existen, compuesto por una sola capa de átomos de carbono. Es elástico, flexible, transparente a la luz del Sol y un buen conductor de la electricidad. Esta combinación de propiedades hace que el grafeno tenga potencial para ser utilizado en aplicaciones de campos como la electrónica y la biomedicina. Pero el grafeno por sí solo no es adecuado para la conversión de energía solar que buscan los investigadores de la Universidad de Linköping, por lo que han combinado el grafeno con un semiconductor, el carburo de silicio cúbico (3C-SiC).

En la Universidad de Linköping ya se ideó en su día un método, hoy muy extendido por el mundo, para cultivar grafeno en carburo de silicio cúbico. Este último consta de carbono y silicio. Cuando se calienta el carburo de silicio, el silicio se vaporiza, mientras que los átomos de carbono permanecen y se reposicionan dando lugar a una capa de grafeno. Los investigadores han demostrado previamente que es posible colocar hasta cuatro capas de grafeno una sobre otra, de manera controlada.

Sun y sus colegas han combinado el grafeno y el carburo de silicio cúbico para desarrollar un fotoelectrodo basado en el grafeno que preserva la capacidad del carburo de silicio cúbico para capturar la energía de la luz solar y crear portadores de carga. El grafeno funciona como una capa conductora transparente y además protege al carburo de silicio.

La eficiencia de la técnica basada en el grafeno depende de varios factores, uno de los cuales es la calidad de la interfaz entre el grafeno y el semiconductor. Los científicos examinaron las propiedades de esta interfaz en detalle, comprobando que pueden adaptar las capas de grafeno en el carburo de silicio y controlar las propiedades del fotoelectrodo basado en el grafeno. De esta manera, la conversión de dióxido de carbono se hace más eficiente, mientras que las estabilidades de los componentes son al mismo tiempo mejoradas.

El fotoelectrodo desarrollado por los investigadores puede combinarse con cátodos de varios metales, como el cobre, el zinc o el bismuto. Diferentes compuestos químicos, como el metano, el monóxido de carbono y el ácido fórmico, pueden formarse selectivamente a partir de dióxido de carbono y agua seleccionando cátodos metálicos adecuados.

Un logro muy importante del equipo de Sun es que ha demostrado la viabilidad de utilizar la energía solar para controlar la conversión de dióxido de carbono en metano, monóxido de carbono o ácido fórmico. El metano se utiliza como combustible en vehículos adaptados para utilizar combustibles gaseosos. El monóxido de carbono y el ácido fórmico pueden ser procesados posteriormente de manera que puedan funcionar como combustibles renovables, o pueden ser utilizados para otros productos en la industria.

Fuente: NCYT Amazings

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