Crean molécula que aprovecha todo el espectro de luz solar para combustible

Químicos han creado la primera molécula que puede absorber la luz solar de manera eficiente y también actuar como catalizador para transformar la energía solar en hidrógeno que mueva los vehículos.

Esta nueva molécula recolecta energía de todo el espectro de luz solar y puede aprovechar más del 50% más de energía solar que las células solares actuales. El hallazgo podría ayudar a los humanos a pasar de los combustibles fósiles a las fuentes de energía que no contribuyen al cambio climático. 

Los investigadores describieron sus hallazgos en un estudio publicado en Nature Chemistry. El equipo de investigación fue dirigido por Claudia Turro, profesora de química y directora del Centro de Dinámica Química y Biofísica de la Universidad Estatal de Ohio.

“La idea es que podemos usar fotones del sol y transformarlos en hidrógeno. En pocas palabras, estamos ahorrando la energía de la luz solar y almacenándola en enlaces químicos para que pueda usarse más adelante”, dijo Turro en un comunicado. Los fotones son partículas elementales de la luz solar que contienen energía.

Los investigadores demostraron, por primera vez, que es posible recolectar energía de todo el espectro visible de la luz solar, incluido el infrarrojo de baja energía, una parte del espectro solar que anteriormente había sido difícil de recolectar, y transformarlo, rápidamente y eficientemente, en hidrógeno. El hidrógeno es un combustible limpio, lo que significa que no produce carbono ni dióxido de carbono como subproducto de su uso.

“Lo que lo hace funcionar es que el sistema puede poner la molécula en un estado excitado, donde absorbe el fotón y puede almacenar dos electrones para producir hidrógeno”, dijo Turro. “Este almacenamiento de dos electrones en una sola molécula derivada de dos fotones, y usarlos juntos para producir hidrógeno, no tiene precedentes”.

Convertir la energía del sol en, por ejemplo, combustible para un automóvil, primero requiere un mecanismo para recolectar la energía. Esa energía tiene que ser convertida en combustible. La conversión requiere algo llamado catalizador, algo que acelera una reacción química, permitiendo la conversión de energía solar a energía utilizable como el hidrógeno.

La mayoría de los intentos anteriores para recolectar energía solar y convertirla en hidrógeno se han centrado en las longitudes de onda de mayor energía de la luz solar, por ejemplo, los rayos ultravioleta.

Los intentos anteriores también se han basado en catalizadores que se construyen a partir de dos o más moléculas, que intercambian electrones (energía) a medida que producen combustible a partir de la energía solar. Pero la energía se pierde en el intercambio, lo que hace que esos sistemas de múltiples moléculas sean menos eficientes.

Los pocos intentos que dependían de un catalizador de molécula única también fueron ineficientes, dijo Turro, en parte porque no recolectaban energía del espectro visible completo de la luz solar, y en parte porque los catalizadores en sí mismos se degradaban rápidamente.

El equipo de investigación de Turro descubrió cómo hacer un catalizador a partir de una sola molécula, una forma del elemento rodio, lo que significa que se pierde menos energía, dijo. Y descubrieron cómo recolectar energía del infrarrojo al ultravioleta: todo el espectro visible. Según el estudio, el sistema que diseñó este equipo de investigación es casi 25 veces más eficiente con luz de infrarrojo cercano de baja energía que los sistemas anteriores de molécula única que funcionan con fotones ultravioleta.

En el estudio, los investigadores utilizaron LED para iluminar las soluciones ácidas que contienen la molécula activa. Cuando lo hicieron, descubrieron que se producía hidrógeno.

“Creo que la razón por la que funciona es porque la molécula es difícil de oxidar”, dijo. “Y tenemos que tener energía renovable. Imagínense si pudiéramos usar la luz solar para nuestra energía en lugar de carbón, gas o petróleo, lo que podríamos hacer para abordar el cambio climático”.

Antes de que el hallazgo del equipo de investigación se pueda poner en aplicaciones del mundo real, dijo Turro, todavía queda mucho trabajo por hacer. El rodio es un metal raro y la producción de catalizadores a partir de rodio es costosa. El equipo está trabajando en mejorar esta molécula para producir hidrógeno durante un período de tiempo más largo y está trabajando en la construcción del catalizador a partir de materiales menos costosos.

Fuente: Agencia ID.