El sol produce más que suficiente energía para las actividades humanas, pero aún no podemos captar suficiente, señala Erwin Reisner, profesor de energía y sostenibilidad de la Universidad de Cambridge, quien dirige un equipo de investigadores que tratan de capturar más de esa energía gratuita.
Si bien los paneles solares han hecho grandes avances en los últimos años, al volverse más baratos y eficientes, sólo proporcionan electricidad, no combustibles líquidos almacenables, que todavía tienen una gran demanda.
«Si miras la cartera de energía global y lo que se necesita, la electricidad sólo cubre tal vez el 20-25%. Así que la pregunta es, cuando hayamos cubierto ese 25%, ¿qué haremos a continuación?» pregunta el Prof. Reisner.
Su respuesta es mirar a la naturaleza: «Las plantas son una gran inspiración, porque han aprendido durante millones de años a captar la luz del sol y a almacenar la energía en portadores de energía.
«Realmente creo que la fotosíntesis artificial será una parte de ese portafolio de energía en las próximas dos décadas,» dice el profesor Reisner.
Cuando las plantas hacen la fotosíntesis, toman agua y dióxido de carbono, y usan la luz del sol para convertir estas materias primas en los carbohidratos que necesitan para crecer.
Figura 1. El profesor Reisner es optimista que la fotosíntesis artificial se convertirá en un importante proveedor de energía
«Queremos replicar esto, pero en realidad no queremos hacer carbohidratos porque son un pésimo combustible, así que en lugar de hacer carbohidratos tratamos de hacer algo que se pueda usar más fácilmente», dice el Prof. Reisner.
Un problema añadido es que las plantas no son realmente muy buenas en la fotosíntesis, convirtiendo sólo alrededor de 1 o 2% de la energía solar en combustible. El Departamento de Energía de los Estados Unidos ha concluido que para que la fotosíntesis artificial sea viable desde el punto de vista económico, la eficiencia debe aumentar entre el 5 y el 10%.
El equipo del Profesor Reisner ha trabajado en varios enfoques, incluyendo un sistema que imita la fotosíntesis natural, usando enzimas para dividir el agua y crear hidrógeno como combustible.
Sin embargo, la eficiencia es todavía baja y, como gas, el hidrógeno es difícil de almacenar.
El interesante dispositivo de fotosíntesis artificial
Quizás más prometedor a largo plazo es el reciente desarrollo por parte de su equipo de un pequeño dispositivo que convierte la luz solar, el dióxido de carbono y el agua en oxígeno y ácido fórmico, un combustible líquido que tiene una alta densidad energética.
El dispositivo contiene un panel que se sienta en un baño de agua y dióxido de carbono. Bajo la luz del sol, el panel libera electrones que se combinan con el dióxido de carbono y los protones del agua para producir ácido fórmico.
«Estos sistemas son como paneles o láminas. Es un dispositivo muy delgado, casi se puede pensar en él como una hoja de papel», dice el profesor Reisner.
Tal vez el mayor paso adelante con el dispositivo es el hecho de que es autónomo. No requiere una fuente de energía externa, ni ningún tipo de recarga de catalizadores adicionales.
100 millones de dólares para el financiamiento de la fotosíntesis artificial en EE.UU.
A pesar de los desafíos, la fotosíntesis artificial está atrayendo grandes inversiones. En los EE.UU., el Departamento de Energía anunció recientemente una financiación de 100 millones de dólares (76 millones de libras) en cinco años.
El dinero va a dos proyectos separados: el Centro de Enfoques Híbridos en Energía Solar para Combustibles Líquidos (Center for Hybrid Approaches in Solar Energy to Liquid Fuels, Chase) y la Alianza de Luz Solar Líquida (Liquid Sunlight Alliance, Lisa, por sus siglas en inglés).
El proyecto Chase, dirigido por la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill (UNC), está trabajando en aplicaciones prácticas similares al dispositivo de Cambridge desarrollando sistemas que, como los paneles solares, utilizan semiconductores para absorber la luz, y luego usan varios catalizadores diferentes para convertir el dióxido de carbono en combustible.
Un enfoque particular de la investigación, dice la subdirectora de Chase, la profesora Jillian Dempsey, es el concepto de catalizadores en cascada. Convertir el dióxido de carbono en un combustible utilizable implica hacer más de una transformación química, y los catalizadores sólo pueden manejar una a la vez.
«El primero hace el primer paso, y luego pasa su producto al siguiente catalizador», dice. «Cada uno de ellos operaría un proceso muy selectivo, y después de ese paso individual pasaría al compañero de turno.»
El proyecto Lisa está tomando un enfoque más teórico, centrado en mejorar cada etapa y componente de la fotosíntesis artificial. Los catalizadores y procesos potenciales son modelados por ordenador antes de ser probados.
«Tenemos un vigoroso esfuerzo teórico, y la teoría y el experimento van de la mano», dice el líder del proyecto, el Profesor Harry Atwater de Caltech. «Ahora tenemos lo que es en realidad la base de datos más grande del mundo, punto.»
La parte negativa: durabilidad e integración de la tecnología
La mala noticia es que no es probable que veamos campos llenos de paneles de fotosíntesis en un futuro próximo. Según el profesor Dempsey, todavía hay grandes obstáculos.
Reunir toda la tecnología en un solo conjunto es un problema.
«Ha habido una ciencia increíble en términos de recolección de luz, en términos de la catálisis que hace el combustible y en términos de manejo de los sistemas», dice.
«Pero la integración de estos componentes individuales en un sistema capaz de realizar fotosíntesis artificial es un gran desafío.»
También es difícil asegurar que las reacciones produzcan un combustible comercialmente viable, ya que muchos de los catalizadores que pueden lograrlo son demasiado caros o demasiado ineficientes para su uso a gran escala.
Finalmente, dice el Profesor Dempsey, la durabilidad es un problema: «Cuando se trata de radiación constante [luz solar] que puede causar una reacción que puede ser altamente perjudicial y corrosiva».
Como resultado, la fotosíntesis artificial todavía no puede producir combustible líquido lo suficientemente barato para competir con los combustibles fósiles.
«Pero la dinámica puede cambiar muy rápidamente», dice el Profesor Reisner.
«El precio del petróleo puede cambiar, los impuestos pueden cambiar. Y cuando las cosas empiecen a cambiar, en algún momento del futuro el precio de la fotosíntesis artificial bajará y el precio de los combustibles fósiles subirá. La pregunta es justo cuando estas líneas se cruzan».
«Si retrocedemos 10 años, incluso las predicciones más optimistas sobre el costo de la electricidad derivada de la energía fotovoltaica no coinciden con lo que sucedió. El costo bajó en un 85%, lo cual es increíble. Una vez que la economía de escala entra en juego, mucho es posible. Así que soy muy optimista».
Noticia tomada de: BBC / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade.com
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