¿Sabías que el hidrógeno tiene un gran potencial para la mitigación del cambio climático? No obstante, su producción consume una gran cantidad de combustible fósil que perjudica al ambiente. Por tal razón, los científicos indagan sobre cómo generarlo sin peligros, mediante un estudio que emplea fotosíntesis artificial. Te contamos de qué se trata.
Hidrógeno mediante fotosíntesis artificial: ¿es posible?
Una de las formas en las que se puede producir hidrógeno es mediante el proceso de electrólisis. Este consiste en dividir las moléculas de agua (H2O) en hidrógeno y oxígeno mediante una corriente eléctrica. El proceso es similar al de la fotosíntesis en las plantas, que usa la energía de la luz solar para convertir el H2O y el dióxido de carbono en oxígeno y glucosa.
Siendo así, científicos de la Universidad de Michigan, encabezados por Peng Zhou, crearon una hoja artificial que permite la obtención de hidrógeno. Este hallazgo replica la fotosíntesis, dado que recoge la energía del sol para separar las moléculas del agua.
Su funcionamiento acontece en un entorno cerrado y emplea elementos como:
- agua pura.
- concentración de una gran cantidad de luz solar.
- fotocatalizador compuesto de nitruro de indio y galio.
Estos materiales se utilizan en la purificación del aire y en la descomposición de contaminantes orgánicos; por lo cual, su combinación ofrece mayor eficacia en la eliminación de contaminantes.
Para lograrlo, se empleó un lente grande que concentraba la luz solar en un catalizador semiconductor sumergido en H2O. Dicho catalizador capta la luz infrarroja y calienta la cámara a 70 °C. El proceso activa la división del agua y genera hidrógeno.
Aspectos relevantes del experimento
Los científicos realizaron algunas tareas imprescindibles para alcanzar el éxito en su experimento, tales como:
- El catalizador empleado está compuesto por nanoestructuras de nitruro de indio y galio, que crece sobre una superficie hecha de silicio.
- La luz es capturada por la oblea semiconductora y se convierte en electrones libres y huecos. Estos últimos se cargan positivamente cuando la luz libera electrones.
- Hay bolas de metal a nanoescala (1/2000 de mm de ancho) que salpican las nanoestructuras. Dichos componentes utilizan esos electrones y agujeros para ayudar a dirigir la reacción.
- El semiconductor autorreparable tolera los rayos de la luz concentrada que es comparable a 160 soles.
- Se minimizó 100 veces el tamaño del semiconductor. Es comparado con otros que solo funcionan con menor intensidad de luz.
Ventajas de la fotosíntesis artificial
Uno de los principales beneficios en este proceso de fotosíntesis artificial es el fomento de la energía renovable y sostenibilidad del ambiente.
Otra de las ventajas de la técnica, en comparación a otras, es que la placa empleada es capaz de mantenerse a una temperatura constante de 75 °C. Esta temperatura es la ideal para contener el calor requerido que divide más rápidamente el agua. A su vez, el calor restante permite que el hidrógeno y el oxígeno se mantengan separados.
Igualmente, el método de fotosíntesis artificial aprovecha en gran medida la luz proveniente del sol. En otras palabras, hay un empleo de la luz natural y otra generada en el laboratorio para calentar la reacción.
Las estimaciones de los científicos es que hay una eficiencia del 6.1% en la versión exterior y 9% en el entorno cerrado. Este método expone mejoras importantes con respecto a los anteriores, que solo podían lograr eficiencias inferiores al 3%.
A medida que el hidrógeno continúa convirtiéndose en una alternativa deseable frente a los combustibles fósiles, este procedimiento podría proporcionar una manera limpia, económica y eficiente para su obtención.
Según los profesores, el mayor beneficio es minimizar el costo del hidrógeno sostenible. Esto se logró mediante el encogimiento del semiconductor, que usualmente es la parte más costosa del dispositivo.
¿Artificial mejor que natural?
Los investigadores quieren mejorar la eficiencia y hacer que el método esté disponible para la producción comercial. El propósito de esto es aprovechar la infraestructura actual para generar hidrógeno verde a bajo costo en el futuro.
A su vez, se espera que, con los materiales empleados, haya una mayor producción a gran escala. Finalmente, los autores del estudio confían en que estos procedimientos artificiales sean más eficientes que los naturales. En conclusión, obtener hidrógeno sí es viable gracias al trabajo arduo de la ciencia. Mediante los ensayos en laboratorios, es posible obtener este compuesto esencial para la energía renovable. Sigamos observando los avances.
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