Generación de combustibles sostenibles a partir de películas de jabón y luz solar
La energía solar es probablemente la fuente de energía alternativa más prometedora a los nocivos combustibles fósiles, pero su almacenamiento es actualmente ineficaz. La mejor forma de almacenarlo es en combustibles solares. La fotosíntesis artificial es una imitación sintética de los procesos fotosintéticos que se llevan a cabo en las plantas, y puede crear combustibles solares, utilizando luz solar, agua y dióxido de carbono. Científicos de todo el mundo buscan nuevos materiales para llevar a cabo la fotosíntesis artificial de forma eficiente y a escala. En el proyecto SoFiA, financiado con fondos europeos, los investigadores han desarrollado un método innovador utilizando películas de jabón. Las burbujas, especialmente diseñadas, están llenas de dióxido de carbono que, al incidir sobre ellas la luz solar, crean combustibles solares y materias primas para la industria química. El proyecto y el reactor fueron conceptualizados por el director del proyecto SoFiA, Indraneel Sen, fundador de Wasabi Innovations. A lo largo de cincuenta y cuatro meses se probaron los conceptos, se sentaron las bases científicas y se crearon demostradores de ingeniería y simulaciones de modelización en un intenso proceso de aprendizaje colaborativo en el que participaron nueve organizaciones asociadas. «El proyecto tuvo mucho éxito tanto en sus resultados científicos como en los de ingeniería», afirma Leif Hammarström, profesor del Departamento de Química de la Universidad de Uppsala (Suecia) y coordinador del proyecto SoFiA.
Imitación de estructuras vegetales
Tanto la fotosíntesis en las plantas como las células solares artificiales absorben la luz solar y utilizan esta energía para separar electrones (cargas positivas) y «agujeros» (cargas negativas debidas a la falta de electrones). En la fotosíntesis, los electrones se transfieren de una molécula a otra, dando lugar a un estado cargado de alta energía. A través de una cadena de reacciones, la energía de los electrones se utiliza para crear compuestos ricos en energía a partir del dióxido de carbono. Se introducen nuevos electrones en el sistema a medida que el agua se oxida en el oxígeno. «En las plantas se obtienen compuestos como azúcares, pero en la fotosíntesis artificial buscamos algún combustible líquido, como un alcohol, o gas de síntesis para la industria», explica Hammarström. El principal reto de la fotosíntesis artificial es evitar la «recombinación» de cargas desde el estado de carga de alta energía: algo similar a cortocircuitar una batería. Para evitarlo, la membrana fotosintética de las plantas verdes separa los «electrones» de los «agujeros». «Nuestra idea era que una película de jabón podía funcionar de forma análoga», añade Hammarström. En un par de burbujas, una contiene las moléculas que fabrican el combustible, la otra las moléculas que toman nuevos electrones del agua. La película entre el par de burbujas unidas actúa como una membrana separadora de gases que permite el paso de electrones y protones.
Avance de la ciencia fundamental
A través del proyecto, el equipo desarrolló varias soluciones de ingeniería para investigar la estructura y función fundamentales de las interfaces aire-agua y las películas de jabón. Los investigadores también demostraron trenes de pares de burbujas bien organizados y autorregenerados. «Pudimos demostrar que es posible fabricar y mantener una película de jabón asimétrica durante al menos diez minutos, lo cual es suficiente para un viaje de ida y vuelta en nuestro dispositivo», afirma Hammarström. «También hemos fabricado y probado un dispositivo bastante sofisticado que genera un flujo continuo de burbujas, que fluyen unas junto a otras como un tren de pares de burbujas». Aunque el equipo no demostró la fotosíntesis artificial completa en los dispositivos, el análisis del proyecto proporcionó una vía clara para que los científicos la convirtieran finalmente en una tecnología viable. El equipo busca ahora financiación para resolver algunos de los problemas fundamentales descubiertos a través del proyecto.
Palabras clave
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