Fotosíntesis artificial para lograr combustibles solares
La energía solar puede aprovecharse en prácticamente todo el planeta, incluso en zonas de gran densidad de población o el Norte de Europa. Su abundancia es tal que permitiría prescindir de los combustibles fósiles a pesar de la baja eficiencia de la conversión de energía solar a electricidad o combustibles solares. Sin embargo, su implantación a gran escala está supeditada al desarrollo de procesos de conversión eficaces. El proyecto ARTIPHYCTION (Fully artificial photo-electrochemical device for low temperature hydrogen production) se inspiró en los procesos naturales de la fotosíntesis vegetal para convertir la energía solar en hidrógeno. En la fotosíntesis, la enzima hidrolítica del Fotosistema II (PSII) permite a las hojas de las plantas y a las algas disociar el agua en electrones, oxígeno e iones de hidrógeno a temperatura ambiente. Posteriormente, estos iones pueden ser combinados en cantidades significativas de hidrógeno por medio de una enzima específica denominada hidrogenasa. Aprovechar de esta manera la luz solar es uno de los procesos más prometedores para convertir la energía lumínica solar en hidrógeno. Los socios de ARTIPHYCTION se basaron en el trabajo pionero realizado en el proyecto también financiado por la Unión Europea SOLHYDROMICS, en el que se creó un dispositivo capaz de convertir energía solar en hidrógeno con una eficiencia del 1 %. Los socios del proyecto superaron las limitaciones del dispositivo de SOLHYDROMICS y lograron una eficiencia general superior al 10 % en la generación de hidrógeno en un dispositivo de fotosíntesis artificial nuevo. Este dispositivo cuenta con catalizadores modificados electroquímicamente diseñados en exclusiva para el proyecto en el ánodo donde se disocia el agua. Los electrones generados se transportan a través de una capa de vidrio poroso conductora de electrones hasta una conexión cableada externa. El oxígeno se elimina mediante poros hidrofóbicos en las capas del ánodo. Las ondas generadas por las fluctuaciones de presión aplicadas a una película de agua separadora de los dos electrodos facilita la eliminación del oxígeno. El agua intercalada entre los electrodos también sirve de vía para los protones, los cuales se transfieren al cátodo sin apenas resistencia. Un catalizador sintético que imita a la hidrogenasa situado en el cátodo poroso garantiza la reducción final de los protones. El dispositivo de ARTIPHYCTION se basa en una electrocatálisis eficaz y estable en lugar de la enzima natural hidrogenasa. Para mejorar la disociación de agua fotoelectroquímica, se unió a ambos electrodos un sistema tándem de fotosintetizadores que capturan ciertas longitudes de onda. La combinación del rigor científico de universidades y centros de investigación con el conocimiento del mercado de pymes y grandes empresas permitió a ARTIPHYCTION superar varios de los retos técnicos planteados. El nuevo dispositivo de fotosíntesis sintética podría comercializarse en un plazo de diez años.
Palabras clave
Fotosíntesis, combustibles solares, energía solar, hidrógeno, ARTIPHYCTION, electrocatalizadores
