Nuevo avance permitirá convertir el agua en combustible

Los llamados “combustibles solares” prometen. Están formados por materiales que pueden capturar y almacenar la energía solar en sus enlaces químicos para usarla cuando haga falta.

En los últimos dos años, investigadores del Caltech y del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab, de EEUU) han duplicado el número de materiales que pueden hacer ese papel.

Lo han hecho gracias al desarrollo de un proceso que podría acelerar la sustitución del carbón, el petróleo y otros combustibles fósiles por combustibles solares comercialmente viables.

Cómo se desarrollan

Los combustibles solares se crean utilizando sólo la luz solar, el agua y el dióxido de carbono (CO2). En la actualidad, los científicos están explorando una gama potenciales objetivos, desde el gas hidrógeno hasta los hidrocarburos líquidos. La producción de cualquiera de estos combustibles implica la división del agua.

Cada molécula de agua está compuesta por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. En el proceso de elaboración de combustibles solares, los átomos de hidrógeno se extraen y luego se unen, para crear hidrógeno altamente inflamable, o se combinan con CO2 para crear combustibles hidrocarbonados, y así tener una fuente de energía abundante y renovable.

El problema, sin embargo, es que las moléculas de agua no se rompen solo con que la luz del sol incida sobre ellas -si lo hicieran, los océanos no cubrirían la mayor parte de nuestro planeta-: Necesitan un poco de ayuda de un catalizador de energía solar.

Muchos fotoánodos

Aquí es donde entran en juego los llamados fotoánodos, que son materiales capaces de dividir el agua usando la luz como fuente energética.

En las últimas cuatro décadas, los especialistas han logrado identificar 16 de estos materiales fotoánodos. Lo que ha conseguido el equipo del Berkeley Lab,  dirigido por John Gregoire, con su nuevo método de alto rendimiento ha sido descubrir 12 nuevos fotoánodos prometedores en poco tiempo.

Este nuevo método se ha desarrollado gracias a la combinación de ensayos computacionales y experimentales, primero extrayendo una base de datos de materiales para compuestos potencialmente útiles, revisándola en base a las propiedades de los materiales, y luego probando rápidamente a los candidatos más prometedores.

Hasta ahora, los procesos de búsqueda de fotoánodos se habían realizado en pesados experimentos con compuestos individuales, en los que se evaluó su potencial uso en aplicaciones específicas.  
 
"Es emocionante encontrar 12 nuevos fotoanodos potenciales para la fabricación de combustibles solares, pero aún más para tener un nuevo gasoducto de descubrimiento de materiales en el futuro", explica Gregoire en un comunicado.

Por otra parte, la investigación, que ha servido para comprender mejor el nivel básico de los materiales, ha revelado cómo diferentes opciones pueden producir materiales con propiedades diferentes, así como cómo "afinar" esas propiedades para hacer un mejor fotoanodo.

"El avance clave del equipo fue combinar las mejores capacidades permitidas por la teoría y los supercomputadores con nuevos experimentos de alto rendimiento para generar conocimiento científico a un ritmo sin precedentes", concluye Gregoire.

Referencia bibliográfica:

Qimin Yan, Jie Yu, Santosh K. Suram, Lan Zhou, Aniketa Shinde, Paul F. Newhouse, Wei Chen, Guo Li, Kristin A. Persson, John M. Gregoire, and Jeffrey B. Neaton. Solar fuels photoanode materials discovery by integrating high-throughput theory and experiment. PNAS (2017). DOI: 10.1073/pnas.1619940114.