Método de alta velocidad para la búsqueda de Catalizadores de Almacenamiento de Energía Solar

Hace eones, la naturaleza resolvió el problema de convertir la energía solar en combustibles, al inventar el proceso de fotosíntesis.

Las plantas convierten la luz solar en energía química en forma de biomasa, mientras que liberan oxígeno como un subproducto ambientalmente benigno. La elaboración de un proceso similar, por el cual la energía solar podría ser capturada y almacenada para su uso en vehículos o en la noche, es un foco importante de la investigación moderna de la energía solar.

“Es un hecho ampliamente reconocido que la energía solar es la fuente más abundante de energía en el planeta”, explica el profesor de química Shannon Stahl de la Universidad de Wisconsin-Madison. “A pesar de que los paneles solares pueden convertir la luz solar en electricidad, el sol no siempre brilla.”

Por lo tanto, encontrar una manera eficiente de almacenar la energía solar, es una meta importante para la ciencia y la sociedad. Los esfuerzos actuales se centran en las reacciones de electrólisis que utilizan la luz solar para convertir el agua, el dióxido de carbono ó de otras materias primas abundantes, en los productos químicos que se pueden almacenar para su uso en cualquier momento.

Un obstáculo clave, sin embargo, es encontrar electrocatalizadores baratos y fácilmente disponibles, que facilitan estas reacciones solares impulsadas. Ahora bien, esa búsqueda de catalizadores puede llegar a ser más fácil gracias a las investigaciones dirigidas por Stahl y el científico James Gerken de la UW-Madison y sus colegas.
En la revista Angewandte Chemie, el grupo de Wisconsin describe un nuevo método de alto rendimiento para identificar electrocatalizadores para la oxidación del agua.

Los eficientes y abundantes electrocatalizadores de la Tierra, facilitan la oxidación del agua y son fundamentales para la producción de combustibles solares, afirma Gerken. “Si lo hacemos lo suficientemente bien, podemos continuar la fiesta toda la noche.”
La tecnología existente para almacenar la energía solar no es económicamente viable, porque el uso del sol para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno, es ineficiente. La oxidación del agua proporciona los electrones y los protones necesarios para la producción de hidrógeno, y mejores catalizadores minimizan la pérdida de energía, al convertir la energía de la luz solar en combustibles químicos, dice Stahl.

Además de ser eficaz, los catalizadores deben ser hechos de materiales que son más abundantes y mucho menos costosos que los metales, como el platino y los compuestos de tierras raras, que se encuentran actualmente en los catalizadores más eficaces.
Según Stahl y Gerken, el descubrimiento de materiales promisorios electrocatalíticos, se ven obstaculizados por los métodos costosos y laboriosos empleados para descubrirlos. Es más, el gran número de composiciones de catalizadores posibles, supera con creces el número que se pueden probar con métodos tradicionales.

En el informe de Angewandte Chemie, Gerken, Stahl y sus colegas describen un método de detección, capaz de evaluar rápidamente los electrocatalizadores potenciales nuevos. En términos simples, la técnica funciona con luz ultravioleta y una pintura fluorescente para probar posibles electrocatalizadores de óxido de metal.

El equipo de Wisconsin, ya ha identificado varios catalizadores nuevos de óxido de metal que se componen de materiales de bajo costo, tales como hierro, níquel y aluminio, y que son prometedores para su uso en el almacenamiento de energía solar.
Además de Gerken y Stahl, los autores del nuevo estudio incluyen Jamie YC Chen, Robert C. Massé, y Adam B. Powell, todos del departamento de UW-Madison de la química. El trabajo fue apoyado por una beca de los EE.UU. National Science Foundation y una patente provisional se ha presentado a través de la Wisconsin Alumni Research Foundation.