Desarrollan un catalizador esencial para la generación de combustible límpio de hidrógeno utilizando agua y la luz solar



Desarrollan un catalizador esencial para la generación de combustible límpio de hidrógeno utilizando agua y la luz solar. Energías renovables, biocombustibles, hidrógeno

Químicos de la Universidad Emory han desarrollado el catalizador homogéneo más potente conocido para la oxidación del agua, considerado un componente esencial para la generación de combustible límpio de hidrógeno, utilizando solamente agua y la luz solar.

Este avance, publicado el 11 de marzo en la revista Science, se realizó en colaboración con el Instituto de Química Molecular de París. En la foto se pueden ver las burbujas de oxígeno formadas por la oxidación del agua, catalizada por el nuevo tetra-cobalto WOC. El más rápido catalizador, libre de carbón, molecular para la oxidación del agua (WOC) conocido hasta la fecha «realmente ha aumentado el estándar de los otros WOCs homogéneos conocidos», dijo Craig Hill, químico inorgánico en Emory, cuyo laboratorio dirigió el proyecto.

Para ser viable, un WOC necesita selectividad, estabilidad y velocidad. La homogeneidad es también un rasgo deseado, ya que aumenta la eficiencia y hace que el WOC sea más sencillo de estudiar y optimizar.

El nuevo WOC tiene todas estas cualidades, y se basa en un elemento barato y abundante, el cobalto, añadiendo a su potencial para ayudar a la energía solar van general.

Benjamin Yin, un estudiante de pregrado del laboratorio de Hill, es el autor principal del artículo de Science. Los químicos de Emory que son co-autores incluyen a Hill, Yuri Gueletii, Jamal Musaev, Luo Zhen y Ken Hardcastle. El Departamento de Energía de EE.UU. financió el trabajo.

La investigación WOC es un componente del Centro de Energía Renovable Bio-inspirado de Emory, que pretende imitar los procesos naturales como la fotosíntesis para generar combustibles limpios. El siguiente paso consiste en incorporar el WOC en un sistema para separar el agua utilizando solamente luz solar.

El objetivo a largo plazo es utilizar la luz del sol para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno. El hidrógeno se convierte en el combustible. Su combustión produce nuevamente agua – que fluye de nuevo formando un ciclo limpio, verde y renovable.

Tres principales desafíos técnicos están involucrados: el desarrollo de un colector de luz, un catalizador para oxidar el agua en oxígeno y un catalizador para reducir el agua a hidrógeno. Los tres componentes deben mejorarse, pero una WOC viable puede ser el reto científico más difícil. «Estamos buscando un WOC que esté libre de estructuras orgánicas, ya que los componentes orgánicos se combinan con el oxígeno y se autodestruyen», dice Hill.

Las enzimas son catalizadores naturales. La enzima en la evolución del oxígeno en el centro de las plantas verdes «trata sobre el catalizador menos estable en la naturaleza, y uno de los más corta duración, ya que realiza uno de los trabajos más difíciles», dice Hill.

«Hemos duplicado este complejo proceso natural mediante la adopción de algunas de las características esenciales de la fotosíntesis y lo hemos utilizado en sistema sintético, libre de carbono y homogéneo. El resultado es un catalizador para la oxidación del agua que es mucho más estable que la que el que se encuentra en la naturaleza «.

Durante décadas, los científicos han estado tratando de imitar a la Madre Naturaleza y crear un WOC para la fotosíntesis artificial. Casi todos los más de 40 WOC homogéneos desarrollados en los laboratorios han tenido limitaciones importantes, como contener componentes orgánicos que se queman rápidamente durante el proceso de oxidación del agua.

Hace dos años, el laboratorio de Hill y sus colaboradores desarrollaron el primer prototipo de un WOC estable, homogéneo y libre de carbono, que también ha trabajado más rápido que otros conocidos en el momento. El prototipo, sin embargo, se basaba en el rutenio, un elemento relativamente raro y caro.

Basándose en ese trabajo, los investigadores comenzaron a experimentar con cobalto, un elemento más barato y más abundante. El WOC con base de cobalto ha demostrado ser incluso más rápido que la versión de rutenio para la oxidación del agua impulsada por la luz.

Fuente: Emory Univerity (www.emory.edu)

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