Prometedor material podría capturar energía solar para fabricar combustible con agua

Nuevas perovskitas dobles sin plomo actúan como fotocatalizadores potenciales para la división del agua. /George Volonakis

La energía solar es limpia y abundante. Pero para que este recurso sirva cuando el sol no está brillando, se debe almacenar la energía en baterías o mediante un proceso llamado fotocatálisis, en el que la energía capturada del sol se utiliza para fabricar combustibles. Según un nuevo trabajo, publicado en Applied Physics Letters, las perovskitas dobles de haluro pueden tener las propiedades correctas para dividir el agua, y producir combustible a partir del hidrógeno y el oxígeno.

En la división del agua fotocatalítica, la luz del sol separa el agua en hidrógeno y oxígeno, de tal modo que puedan recombinarse en una pila de combustible para liberar energía. Los investigadores han experimentado con muchos materiales fotocatalíticos antes, como el dióxido de titanio (TiO2), que si bien puede aprovechar la luz solar para dividir el agua, es ineficiente porque no absorbe bien la luz visible. Pero hasta ahora, no se ha comercializado ningún material fotocatalítico para la división general del agua.

Utilizando superordenadores para calcular los estados de energía cuántica de cuatro perovskitas dobles de haluro, investigadores de la Universidad de Oxford (Reino Unido) descubrieron que se trata de materiales fotocatalíticos prometedores porque absorben la luz visible mucho mejor que el TiO2. También generan electrones y agujero que tienen suficiente energía (o energías casi ideales) para dividir el el agua en hidrógeno y oxígeno.

Ahora, sin plomo

El equipo descubrió este material mientras buscaban componentes para fabricar células solares. En los últimos años, las perovskitas han despertado interés como materiales para aumentar la eficiencia de las células solares basadas en silicio a través de diseños en tándem que integran una celda de perovskita directamente en una celda de silicio de alta eficiencia, pero contienen una pequeña cantidad de plomo. El problema de esto, según los autores, es que si se usaran para la recolección de energía en una granja solar, el plomo podría representar un riesgo ambiental potencial.

En 2016, utilizando simulaciones por ordenador para identificar materiales alternativos, los investigadores encontraron un nuevo tipo de perovskita sin plomo con potencial para células solares de alta eficiencia. El presente documento muestra que estos nuevos materiales también pueden dividir el agua. Aunque prometedor, los investigadores reconocen que el nuevo análisis es teórico, suponiendo que los compuestos forman cristales perfectos. El próximo paso, explican, será que los experimentadores verifiquen si el material funciona en el mundo real como se predice.  Mientras tanto, los investigadores están utilizando sus técnicas computacionales para explorar si estas perovskitas dobles tienen propiedades útiles para otras aplicaciones, como los detectores de luz.

El dióxido de carbono (CO2) contenido en el aire, principal causante del efecto invernadero, también puede servir de combustibleAunque esta idea no es nueva, la implementación con éxito de una planta piloto de trabajo escalable y rentable no había sido posible hasta ahora, cuando  un equipo de ingenieros canadienses han encontrado el modo de capturar de la atmósfera este gas.  La tecnología de captura directa de aire, presentada en la revista Joule, funciona casi exactamente como suena. Los ventiladores gigantes atraen el aire ambiental en contacto con una solución acuosa que detecta y atrapa el dióxido de carbono. "El CO2generado a través de la captura directa de aire puede combinarse con el secuestro para la eliminación de carbono o puede permitir la producción de hidrocarburos neutros en carbono, que es una manera de contar con fuentes de energía libres de carbono de bajo costo como solar o eólica y canalizarlas en combustibles que pueden usarse para descarbonizar el sector del transporte", explica el autor principal, David Keith, profesor de Física Aplicada y Políticas Públicas en la Universidad de Harvard (EE.UU.), y fundador de Carbon Engineering, una empresa canadiense de captura de CO2 y combustibles limpios. 

Beatriz de Vera

Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma

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