Científicos logran mejorar los procesos para crear artificialmente
oxígeno e hidrógeno, clave para las nuevas células de combustible, mediante la
luz solar
Científicos de la Universidad Estatal de Arizona y del Laboratorio
Nacional de Argonne, ambos en Estados Unidos, han hecho avances significativos
hacia el desarrollo de una hoja artificial que sea totalmente funcional. Los
resultados de este trabajo se publican esta semana en Nature Chemistry.
El diseño de esta hoja artificial, que utiliza la energía solar para
convertir agua en hidrógeno y oxígeno de forma barata y eficiente es uno de los
objetivos más ambiciosos del Departamento de Energía norteamericano, que
financia este programa dirigido principalmente desde Arizona.
El gran objetivo es producir hidrógeno, importante para las nuevas
células de combustible y que sirve como un reactivo indispensable para la
producción de hidrocarburos ligeros a partir de materiales más pesados, como el
petróleo . La sociedad del futuro requerirá abundantemente de esta fuente
renovable de combustible, de ahí la necesidad de crear esta hoja artificial.
"Al principio, nuestra hoja artificial no funcionaba muy bien, y
nuestros estudios de diagnóstico sobre por qué no funcionaba indican que existe
un paso, en el que una reacción química rápida tiene que interactuar con una
reacción química lenta, que no era eficiente ", dijo Thomas Moore,
profesor de química en la ASU. La reacción rápida "es donde la energía
lumínica se convierte en energía química, y la lenta es el paso donde se
utiliza la energía química para convertir el agua en hidrógeno y oxígeno
", explica Moore.
Los investigadores se fijaron cómo la naturaleza había superado un
problema parecido para realizar el proceso de fotosíntesis , donde se oxida el
agua para producir oxígeno."Nos fijamos en detalle y encontramos que la
naturaleza había utilizado un paso intermedio", dijo Moore. "Este
paso intermedio implicaba una transmisión de electrones en el que la mitad
interactuaban con el paso rápido de una manera óptima para satisfacerla, y la
otra mitad tuvo tiempo para hacer el lento paso de la oxidación del agua de una
manera eficiente".
Los investigadores diseñaron un sistema de transferencia basado en el
natural y fueron recompensados con una mejora importante en la eficiencia.
Tratando de entender lo que habían logrado, el equipo miró el proceso
en detalle a nivel atómico, para averiguar cómo podía funcionar esto. Se
utilizó cristalografía de rayos X y técnicas de espectroscopia de resonancia
óptica y magnética para determinar el entorno electromagnético local de los
electrones y los protones que participaban en la transmisión, y con la ayuda de
la teoría identificaron una característica estructural única del proceso: un
enlace inusualmente corto entre un átomo de hidrógeno y un átomo de nitrógeno
que facilitaba el correcto funcionamiento de la transmisión.
Esto no sólo ha mejorado el sistema artificial, sino que también ha
ayudado a entender a los investigadores cómo funciona el sistema natural. Esto
será importante para que los científicos desarrollen el enfoque de esta hoja
artificial para lograr un aprovechamiento sostenible de la energía solar
necesaria para proporcionar alimentos o combustibles.
Fuente: INNOVA
