Mediante energía solar logran elaborar combustibles más baratos

La celda o célula fotoelectroquímica diseñada por Toma y sus colegas y hecha de óxido de cobre supera los obstáculos técnicos que impidieron fructificar a dispositivos anteriores hechos con el mismo material. (Foto: Thor Swift / Berkeley Lab)

Gracias a un nuevo dispositivo, la elaboración de combustibles mediante energía solar, concretamente usando fotosíntesis artificial, podrá resultar mucho más barata, aumentando así de modo notable la viabilidad comercial de tales combustibles.

El equipo de Francesca Toma, del Laboratorio Nacional estadounidense Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), ha desarrollado un nuevo aparato de fotosíntesis artificial que posee una estabilidad y una longevidad notables. El aparato se nutre de luz solar y dióxido de carbono para elaborar etileno e hidrógeno, dos prometedoras fuentes de combustibles renovables.

El nuevo dispositivo es una célula fotoelectroquímica hecha de óxido de cobre (Cu2O), un prometedor material de fotosíntesis artificial.

El óxido de cobre ha desconcertado durante mucho tiempo a los científicos de este campo, porque el punto fuerte del material (su alta reactividad a la luz) es también su punto débil, ya que la luz hace que el material se descomponga a los pocos minutos de exposición. Aparte de esta inestabilidad, el óxido de cobre es uno de los mejores materiales candidatos para la fotosíntesis artificial porque es relativamente barato y tiene características adecuadas para absorber la luz visible.

La solución encontrada por el equipo de Toma para ese problema de la degradación rápida ha sido recubrir la célula fotoelectroquímica de óxido de cobre con plata por encima, y óxido de hierro / oro por debajo. De este modo se mantiene un buen rendimiento y al mismo tiempo se evita el fenómeno culpable de la degradación del material.

La solución para eludir ese fenómeno perjudicial está inspirada en la transferencia de electrones que tiene lugar en la fotosíntesis natural.

En las pruebas realizadas con un prototipo del dispositivo, este produjo etileno e hidrógeno con una selectividad muy alta, nunca antes lograda, y durante más de 24 horas.

Los investigadores tienen previsto seguir trabajando en el desarrollo de nuevos dispositivos para la producción de combustibles líquidos utilizando su nuevo enfoque de diseño.

Toma y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nuevo dispositivo en la revista académica Nature Energy, bajo el título “Investigation and mitigation of degradation mechanisms in Cu2O photoelectrodes for CO2 reduction to ethylene”.