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Investigadores emplean diamantes y la luz del sol para convertir la contaminación por carbono en combustible y productos químicos

El diamante podría figurar entre los materiales más duros que se conocen, pero bajo la luz del sol empieza a perder electrones. Esta característica ha resultado ser de gran ayuda para los investigadores que trabajan en la síntesis de distintos materiales diamantinos que puedan utilizarse para reducir las emisiones de dióxido de carbono (CO2) y producir materias primas valiosas en el proceso.

Tecnologías industriales

La concentración de CO2 en la atmósfera aumenta constantemente, lo cual es motivo de preocupación con respecto al impacto que tiene sobre el medio ambiente. Según los científicos, no solo es importante dejar de emitir megatoneladas de CO2 a la atmósfera, sino también empezar a retirar el que ya está allí. El diamante sintético expuesto a la luz podría ser una nueva manera de ayudar a combatir el cambio climático y de abastecer de materias primas a algunos sectores industriales. Algunos estudios recientes han mostrado los logros obtenidos al usar diamantes sintéticos para recapturar una parte del CO2 de la atmósfera y convertirlo en combustible y productos químicos útiles. Un nuevo método elaborado por los investigadores que trabajan en el proyecto DIACAT, financiado con fondos europeos, produce una eficacia fotocatalítica dos órdenes de magnitud mejor que los reactores existentes que emplean procesos similares. Los investigadores demostraron, por primera vez, toda una serie de composiciones diamantinas que pueden reducir el CO2 en metanol y formiato empleando la luz visible. Produjeron distintos tipos de materiales diamantinos nanoestructurados y dopados con grupos funcionales sobre sus superficies en grandes cantidades y con una calidad reproducible. Se evaluó la actividad fotocatalítica de distintos complejos metálicos y recubrimientos de óxidos metálicos. Al combinar los mejores materiales y estructuras, el equipo reportó la mayor actividad fotocatalítica de materiales diamantinos hasta la fecha.

El diamante actúa como un árbol artificial

De forma similar a los árboles de verdad, que utilizan CO2, la luz del sol y agua para producir alimento, desarrollaron unos materiales diamantinos sintéticos que actúan como un árbol artificial que utiliza los mismos ingredientes para producir combustible y productos químicos. «Donde la naturaleza utiliza la fotosíntesis para producir glucosa a partir del CO2, nosotros producimos metanol y formiato en una superficie a base de carbono empleando disolventes ecológicos y la luz del sol», comenta Anke Krueger, coordinadora del proyecto. El metanol que se obtiene es un biocombustible alternativo que puede utilizarse en coches. El formiato, que también puede reducirse más formando otros compuestos, es un material precursor necesario para la industria química.

Las propiedades incomparables del diamante

Contrariamente a la creencia generalizada, el diamante artificial es un material que puede conseguirse sin dificultad. Puede fabricarse a partir de metano mediante un proceso de deposición química de vapor. Las películas de diamante depositadas sobre sustratos pueden conseguirse sin dificultad y son relativamente baratas, no plantean problemas de seguridad y son respetuosas con el medio ambiente. Es más, el diamante posee una propiedad única que carece de equivalente en otros materiales semiconductores. Posee lo que se denomina afinidad electrónica negativa: los electrones pueden abandonar la superficie del diamante sin una barrera de energía adicional cuando se excitan a la banda de conducción. «Normalmente, este fenómeno solo es posible cuando los electrones son excitados por luz ultravioleta de longitud de onda corta, pero en DIACAT experimentamos con una mayor fracción de la luz solar. Observamos que el diamante emite electrones con un potencial de reducción muy elevado y, a su vez, los electrones pueden reducir moléculas sumamente inertes como el CO2 y el nitrógeno molecular», explica Krueger. Este conjunto único de propiedades fisicoquímicas permitió a los investigadores lograr un proceso de fotosíntesis artificial en el que el CO2 se transforma en moléculas orgánicas con la ayuda de la luz del sol y el agua. La tecnología revolucionaria de DIACAT constituye una parte importante de los esfuerzos de la Unión Europea por combatir el cambio climático a través de la eliminación del CO2 de la atmósfera. La tecnología se explotará de forma más eficaz en los lugares con grandes concentraciones de CO2. Esto convierte a las centrales eléctricas, las plantas de laminación de acero o las fábricas de cemento en los emplazamientos preferidos para la aplicación de esta tecnología en el futuro.

Palabras clave

DIACAT, diamante, CO2, producto químico, combustible, metanol, formiato, fotosíntesis artificial

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