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Continuous-flow Photoelectrochemical Cells for Carbon Dioxide Valorization

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Un gran avance en el ámbito de los combustibles solares abre la puerta a una nueva era industrial

La tecnología de los combustibles solares algún día podría llegar a convertir el dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero clave, en una materia prima industrial útil. Nos podría ayudar a abandonar los combustibles fósiles y a avanzar hacia una economía verdaderamente circular.

Energía

Nuestra economía basada en los combustibles fósiles no es sostenible. La energía y las sustancias químicas que producimos a partir del petróleo y el gas natural siguen emitiendo miles de millones de toneladas de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera cada año, contribuyendo al cambio climático. Para completar la transición hacia una economía guiada por los principios de la circularidad y la sostenibilidad, debemos desarrollar urgentemente tecnologías alternativas para aprovechar las fuentes de energía renovable. Estas, sin embargo, no solo deben ser respetuosas con el medio ambiente, sino que también deben poder utilizarse a escala industrial y ser viables económicamente. Un ámbito de investigación extremadamente prometedor es la generación química y los combustibles solares, que requieren la aplicación de luz natural o artificial para convertir moléculas como el CO2 en productos químicos con alto contenido de energía. Si esta tecnología algún día logra desarrollarse a escala industrial, podría ayudarnos a acabar con nuestra dependencia de los combustibles fósiles y a convertir el CO2 en una materia prima útil.

Identificación de prototipos viables

El proyecto PEC_Flow, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se basó en una iniciativa anterior llamada HybridSolarFuels, que desarrolló fotoelectrodos para convertir el CO2 en sustancias químicas como el ácido fórmico, el monóxido de carbono, el metanol y el etanol. El equipo de PEC_Flow se propuso llevar aún más allá esa investigación. Para tal fin, quiere identificar las células de fotoelectrodos más eficientes tecnológicamente y viables económicamente, que además permitan producir sustancias químicas de forma continua. Si lo logra, podría obtener información para determinar la dirección que debe adoptar este importante ámbito de investigación. «Para ello, hemos comparado diferentes tipos de células fotoelectroquímicas», explica el coordinador del proyecto PEC_Flow, Csaba Janáky, de la Universidad de Szeged (Hungría). «Queríamos valorarlas no solo desde el punto de vista tecnológico y científico, sino también desde una perspectiva económica». Janáky y su equipo, por tanto, comenzaron a recopilar datos y a analizar los diferentes tipos de células. Tras un examen detallado, limitaron el número de configuraciones de células diferentes de cuatro a dos y, después, realizaron un análisis tecnoeconómico pormenorizado. Abordaron cuestiones como el potencial de inversión y mercado. «Al final, nos quedamos con una sola configuración», comenta Janáky. «En este prototipo, la célula solar se desacopló de la parte del electrolizador. Nuestros resultados indican que esta solución podría ser más competitiva económicamente que una versión integrada, teniendo en cuenta la tecnología más avanzada disponible en la actualidad».

Procesos industriales futuros

Los resultados del proyecto PEC_Flow sugieren, por consiguiente, que en la actualidad el modo más viable de desarrollar tecnologías de conversión de CO2 impulsadas por energía solar y viables industrialmente consiste en desacoplar la célula fotovoltaica del electrolizador. Igualmente importante, el proyecto contribuyó a identificar las lagunas tecnológicas y de conocimientos que deben colmarse si algún día queremos desarrollar células fotoelectroquímicas integradas eficientes. «Es significativo porque necesitaremos múltiples tecnologías de aprovechamiento del CO2 en paralelo durante las próximas décadas», señala Janáky. Algún día, diversos sectores podrían beneficiarse considerablemente de tales avances en la tecnología de los combustibles solares. El sector químico, por ejemplo, que genera grandes cantidades de emisiones, podría utilizar sistemas fotoelectroquímicos para capturar CO2 y convertirlo en productos útiles. Los siguientes pasos incluirán el desarrollo de este enfoque desacoplado con socios de la industria y el avance hacia un producto listo para el mercado. «Esto podría incluir el montaje de un prototipo de menor escala, que después podría ampliarse», añade Janáky. Además, se proseguirá también con la investigación fundamental para abordar diferentes obstáculos científicos y tecnológicos en el desarrollo de células fotoelectroquímicas integradas.

Palabras clave

PEC_Flow, solar, combustible, CO2, gas de efecto invernadero, combustibles fósiles, energía, productos químicos, sostenibilidad

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