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Químicos de la Universidad de California, San Diego, han demostrado la viabilidad de explotar la luz solar para transformar un gas invernadero en un producto útil.

Dispositivo catalizador/semiconductor de división de CO2 en construcción (oblea de fosfato de galio con contactos de metal) Crédito: Aaron Sathrum, UCSD

Muchas actividades de la Semana de la Tierra atraerán la atención a la creciente concentración de dióxido de carbono en la atmósfera y el impacto resultante en el clima global. Ahora Clifford Kubiak, profesor de química y bioquímica, y el estudiante graduado Aaron Sathrum han desarrollado el prototipo de un dispositivo que puede capturar energía del Sol, convertirlo en energía eléctrica y “separar” el dióxido de carbono en monóxido de carbono y oxígeno.

Debido a que su dispositivo aún no está optimizado, aún necesita un aporte de energía externo para que el proceso funcione. No obstante, esperan que sus resultados, que se presentaron el mes pasado en una reunión de la Sociedad Química Americana, atraerá la atención hacia la promesa de esta aproximación.

“Por cada mención de división del CO₂, hay más de 100 artículos sobre la división de agua para producir hidrógeno, hasta ahora la división de CO₂ gasta más de lo que quieres poner”, explicó Kubiak. “También produce CO, un compuesto químico industrial importante, que normalmente se produce a partir del gas natural. Por tanto, con la división de CO₂ puedes ahorrar combustible, producir un compuesto químico útil y reducir el gas invernadero”.

Aunque el monóxido de carbono es venenoso, también se solicita en grandes cantidades. Millones de kilos de CO se usan cada año para fabricar compuestos químicos incluyendo detergentes y plásticos. También puede convertirse en combustible líquido.

“La tecnología para convertir el monóxido de carbono en combustible líquido ha estado rondando mucho tiempo”, dice Kubiak. “Se inventó en Alemania en los años 20. Los Estados Unidos estuvieron muy interesados en esta tecnología durante la crisis energética de los años 70, pero cuando finalizó la crisis la gente perdió interés. Ahora las cosas han completado el círculo debido a que la subida de precio del combustible hace que sea económicamente competitivo convertir el CO en combustible”.

Gráfico que detalla los pasos de la división solar del CO2

El dispositivo diseñado por Kubiak y Sathrum para separar el dióxido de carbono utiliza un semiconductor y dos capas finas de catalizadores. Divide el dióxido de carbono para generar monóxido de carbono y oxígeno en un proceso en tres pasos. El primer paso es capturar los fotones de la energía solar mediante semiconductores. El segundo paso es la conversión de la energía óptica en energía eléctrica por el semiconductor. El tercer paso es el de despliegue de la energía eléctrica a los catalizadores. Los catalizadores convierten el dióxido de carbono en monóxido de carbono en un lado del dispositivo y en oxígeno en el otro lado.

Debido a que los electrones circulan en estas reacciones, se necesita un tipo especial de catalizadores para convertir la energía eléctrica en energía química. Los investigadores del laboratorio de Kubiak han creado una gran molécula con tres átomos de níquel en su corazón que se ha probado como un catalizador efectivo para este proceso.

Elegir el semiconductor adecuado es también crítico para hacer una división práctica del dióxido de carbono según dicen los investigadores. Los semiconductores tienen bandas de energía en las que están confinados los electrones. A luz solar provoca que los electrones salten de una banda a la siguiente creando un potencial de energía eléctrica. La diferencia de energía entre las bandas — la banda prohibida — determina cuanta energía solar será absorbida y cuanta energía eléctrica generada.

Kubiak y Sathrum usaron inicialmente un semiconductor de silicio para probar las cualidades de su dispositivo dado que el silicio estaba bien estudiado. Sin embargo, el silicio absorbe en el rango infrarrojo y los investigadores dicen que es “demasiado débil” para suministrar suficiente energía. La conversión de luz solar por parte del silicio aporta aproximadamente la mitad de la energía necesaria para dividir el dióxido de carbono, y la reacción funciona si los investigadores aportan la otra mitad de la energía necesaria.

Actualmente están desarrollando un dispositivo basado en un semiconductor de fosfato de galio. Tiene una banda prohibida que duplica la del silicio y absorbe más la luz visible que es más energética. Por tanto, predicen que absorberá la cantidad óptima de energía del Sol para llevar a cado la división catalítica del dióxido de carbono.

“Este proyecto junta muchas piezas del puzzle científico”, dice Sathrum. “Se ha hecho parte del trabajo en cada pieza, pero se necesita más ciencia para engranarlo todo junto. Unir todas las piezas es la parte del problema en la que nos estamos centrando”.

La investigación está financiada por el Departamento de Energía.

Traducido para Astroseti.org por
Manuel Hermán

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Web Site: ucsd.edu
Artículo: “ Device Uses Solar Energy to Convert Carbon Dioxide into Fuel”
Autor: Sherry Seethaler
Fecha Original: 17 de abril de 2007
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