Los investigadores de Cambridge y Berkeley han desarrollado una planta artificial que convierte el CO₂ en combustibles y productos químicos sin emisiones adicionales, utilizando solo la luz solar

La fotosíntesis artificial es una tecnología inspirada en el proceso natural que las plantas usan para convertir la luz solar en energía. En lugar de producir azúcares como lo hacen las plantas, estos dispositivos convierten dióxido de carbono (CO₂) y agua en combustibles y productos químicos útiles. Para lograr esto, utilizan materiales especiales, como perovskitas, que absorben la luz y los catalizadores metálicos, que facilitan las reacciones químicas necesarias. Esta tecnología busca ofrecer alternativas sostenibles a la producción de combustibles fósiles, reduciendo así las emisiones de carbono.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge y la Universidad de California, Berkeley, ha dado un paso importante en la producción de combustibles limpios y productos químicos sostenibles. Su nuevo dispositivo combina una hoja artificial, que utiliza un material solar de alta eficiencia llamado perovskita, con catalizadores de cobre ‘nano-flores’ para convertir el dióxido de carbono (CO₂) en hidrocarburos complejos.

A diferencia de la mayoría de los catalizadores de metales que solo pueden transformar CO₂ en moléculas de carbono simples, estas nano pélicas de cobre permiten la formación de hidrocarburos más complejos con dos átomos de carbono, como el etano y el etileno. Estos compuestos son esenciales para la producción de combustibles líquidos, productos químicos y plásticos.

Ilustración esquemática del dispositivo PEC que conecta un Photoándo NW si es un PVK | Cunf Photocátodo. BD, Imágenes SEM de Photoándo Sinw Array: sección transversal. Virgil Andrei, Inbhan Roh.

Actualmente, casi todos los hidrocarburos provienen de combustibles fósiles. Sin embargo, el método desarrollado por el equipo Cambridge-Berkeley produce combustibles y productos químicos limpios utilizando solo Co₂, agua y glicerol, sin generar emisiones de carbono adicionales. Los resultados de esta investigación se publicaron en la revista. Catálisis de la naturaleza.

Este avance se basa en obras anteriores del equipo sobre hojas artificiales, inspirados en la fotosíntesis, el proceso por el cual las plantas convierten la luz solar en alimentos. «Queríamos ir más allá de la simple reducción del dióxido de carbono y producir hidrocarburos más complejos, pero eso requiere mucha más energía», dijo el Dr. Virgil Andrei, del Departamento de Química Yusuf hamizado de Cambridge y el autor principal del estudio.

Andrei, investigador del St John’s College en Cambridge, hizo este trabajo como parte del Programa de Intercambio Ensi de Winton Cambridge-Kavli, en el laboratorio del profesor Peidong Yang en la Universidad de California, Berkeley.

Un catalizador de nanoflores

Al combinar un absorbedor de la luz de Perovskita con el catalizador de nano-flores de cobre, el equipo logró producir hidrocarburos más complejos. Para mejorar aún más la eficiencia y superar los límites de energía de la división de agua, los investigadores agregaron electrodos nanocables de silicio que, en lugar de dividir el agua, oxidan el glicerol. Esta nueva plataforma es 200 veces más efectiva que los sistemas anteriores para el agua y la conversión de Co₂.

La reacción no solo mejora el rendimiento en la reducción de CO₂, sino que también produce productos químicos de alto valor como glicerato, lactato y formiatría, que tienen aplicaciones en la industria de síntesis farmacéutica, cosmética y química.

«El glicerol generalmente se considera un desperdicio, pero aquí juega un papel crucial en la mejora de la velocidad de la reacción», dijo Andrei. “Esto muestra que podemos aplicar nuestra plataforma a una amplia gama de procesos químicos, más allá de la simple conversión de residuos. Al diseñar cuidadosamente la superficie del catalizador, podemos influir en los productos que generamos, haciendo el proceso más selectivo ”.

Aunque la selectividad actual para convertir CO₂ en hidrocarburos es de alrededor del 10%, los investigadores son optimistas sobre mejorar el diseño de catalizador para aumentar la eficiencia. El equipo se imagina que aplican su plataforma a reacciones orgánicas aún más complejas, abriendo la puerta a las innovaciones en la producción sostenible de productos químicos. Con mejoras continuas, esta investigación podría acelerar la transición a una economía circular y neutral en carbono.

«Este proyecto es un excelente ejemplo de cómo las asociaciones de investigación globales pueden conducir a avances científicos significativos», concluyó Andrei. «Al combinar la experiencia de Cambridge y Berkeley, hemos desarrollado un sistema que podría transformar la forma en que producimos combustibles y productos químicos de manera sostenible».

La investigación recibió el apoyo del Programa Winton para Física de Sostenibilidad, St John’s College, el Departamento de Energía de los Estados Unidos, el Consejo Europeo de Investigación e Investigación e Innovación del Reino Unido (UKRI).

REFERENCIA

Síntesis de hidrocarburos solar C2 impulsado por pervskita de CO2