Hojas artificiales que funcionan según el principio de la fotosíntesis.
Estas increíbles hojas artificiales se basan en el proceso de fotosíntesis. La fotosíntesis, que apareció hace 3.800 millones de años, es un proceso bioquímico sorprendente y, sobre todo, uno de los más fundamentales para la vida en la Tierra. Este proceso lo llevan a cabo organismos que contienen clorofila, una molécula rica en magnesio y que da el color verde a las plantas. Las plantas verdes no son los únicos seres vivos que realizan la fotosíntesis, ya que ésta existe en las algas y en ciertas bacterias llamadas cianobacterias o algas azules.
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Permite que las plantas verdes sinteticen su propio “alimento” solo a partir de dióxido de carbono, agua y luz. La energía luminosa se transforma en energía química y se almacena en forma de glucosa. En pocas palabras, durante la fotosíntesis, las plantas absorben dióxido de carbono (CO2) y agua. Estos compuestos se transforman en glucosa y oxígeno que la planta ha liberado a la atmósfera.
Desde que existe, el fotosíntesis es la fuente de toda la materia orgánica de la Tierra. Desempeña un papel fundamental para mantener constante el nivel de oxígeno en la atmósfera y reducir el contenido de dióxido de carbono.
Inspirándose en este impresionante proceso energético, un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge acaba de crear las primeras hojas artificiales capaces de producir combustible con un rendimiento que no tiene nada que envidiar a las hojas. plantas verdes !
Un sistema existente cuyo diseño ha sido mejorado
Muestra de cristales de perovskita, un mineral de titanato de calcio
No es la primera vez que estos científicos se embarcan en esta aventura. Llevan ya unos años trabajando en el desarrollo de una alternativa al petróleo para crear un combustible limpio, de forma sostenible y explotable.
Ya en 2019 utilizaron el principio de la fotosíntesis para fabricar un dispositivo capaz de producir elementos gaseosos, útiles para la síntesis de muchos otros productos químicos y farmacéuticos como polímeros, fertilizantes y combustibles líquidos. Sin embargo, aunque funcionó bien, el dispositivo era pesado y voluminoso, y consistía en sustratos de vidrio y una capa muy gruesa a prueba de humedad. Para esta nueva versión, los investigadores han mejorado considerablemente el tamaño y el peso del conjunto hasta el punto de hacer hojas artificiales capaces de flotar en el agua.
Para lograr tal resultado, utilizaron delgadas láminas de plástico recubiertas con perovskita y recubierto con óxido de indio y estaño. La perovskita es un elemento cristalino formado por calcio, titanio y oxígeno. Otros compuestos metálicos que tienen la misma estructura cristalina toman hoy este nombre, de ahí el uso del término perovskita en plural. Las perovskitas reaccionan a la luz y permiten la circulación de electrones.
Estas finas láminas artificiales de este elemento cristalino, capaces de extraer hidrógeno y oxígeno del agua para fabricar combustible y otras sustancias, funcionan con la ayuda de un catalizador de platino y están protegidas de la humedad gracias a un material de carbono hidrófugo.
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Increíbles rendimientos para una tecnología del futuro
Durante las pruebas, los investigadores de la Universidad de Cambridge obtuvieron resultados concluyentes con un rendimiento cercano al rendimiento de las hojas verdes de las plantas que realizan la fotosíntesis. Su dispositivo es bastante capaz de convertir la energía de la luz solar en energía química en forma de combustible. Para estar completamente desarrollado, los investigadores aún necesitan mejorar el proceso para producir un combustible aún más limpio.
Las ventajas de un sistema de este tipo son numerosas. Estas hojas artificiales se pueden utilizar donde haya agua, es decir tanto en mar abierto como cerca de un puerto o en cualquier vía navegable o no. . Otra ventaja atractiva de estos dispositivos generadores de combustible es que no tienen que instalarse en un área grande. Por lo tanto, no compiten con él, dejándolo disponible para otra actividad como la agricultura, por ejemplo.
El equipo al frente de este proyecto tiene previsto crear en el futuro sitios de producción a gran escala para producir combustible en cantidad suficiente para abastecer a los establecimientos cercanos a las empresas.
Gracias a sus hojas artificiales, los científicos esperan en el futuro poder reducir el uso de combustibles fósiles en el sector marítimo, que por sí solo es responsable del 2,5% de las emisiones de gases de efecto invernadero.
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Fuente :
Andrei, V., Ucoski, GM, Pornrungroj, C. et al., « Perovskita flotante-BiVO4 dispositivos para la producción escalable de combustible solar”, Naturaleza 608518–522 (2022), https://doi.org/10.1038/s41586-022-04978-6