Durante muchos años, los científicos han estado luchando con el problema de la fotosíntesis artificial económicamente viable. El objetivo es utilizar eficazmente la energía libre de la luz solar para las reacciones químicas. Hasta ahora, ha sido posible utilizar rayos ultravioleta de alta energía para este propósito, pero constituyen solo el 4% del espectro de la luz solar. Para otras partes del espectro, hasta ahora solo se han encontrado unos pocos materiales efectivos, pero requieren aditivos caros: platino ($ 31 por gramo), renio ($ 1000 por gramo) o iridio ($ 35 por gramo).
El profesor de química Fernando Uribe-Romo de la Universidad de Florida Central y sus estudiantes han
desarrollado un nuevo material sintético que convierte el CO
2 en combustible bajo la influencia de fotones de luz. Dicho material resuelve dos problemas a la vez: reduce la cantidad de gases de efecto invernadero y proporciona combustible "ecológico". Y lo más importante, ¡los metales preciosos no son necesarios para su fabricación! Utiliza titanio, que se vende en kilogramos; es casi mil veces más barato que el platino o el iridio.
El material sintético es un marco metal-orgánico (metal - marco orgánico, MOF). Por cierto, se utilizan MOF similares de Zr
6 O
4 (OH)
4 (estearil fumarato)
6 ] para
condensar el agua del aire , utilizando también solo la luz solar. Imagina que incluso en el desierto más seco pones una botella vacía en la calle, y en sí está llena de agua.
La siguiente ilustración muestra la estructura cristalina del cristal organometálico MOF MIL-125 para la fotosíntesis artificial.
En este caso, las estructuras metal-orgánicas también usan fotones de luz para obtener energía, pero producen sustancias orgánicas inofensivas en la salida, al igual que las plantas producen alimentos y materiales de construcción para sí mismas en el proceso de la fotosíntesis natural. La energía solar es recogida por moléculas llamadas N-alquil-2-aminotereftalatos. Los autores del trabajo científico argumentan que las moléculas pueden modificarse para responder a partes específicas del espectro. En este caso, se usó una reacción al azul. En la prueba, el material se irradió con LED azules.
Fotorreactor. Foto: Universidad de Florida CentralEl dióxido de carbono se bombeó a una especie de "fotorreactor" con una potente retroiluminación LED. Como resultado de la fotosíntesis en MOF, el dióxido de carbono se convirtió en formiatos y formamidas. Los formiatos son sales de ácido fórmico, y las formamidas son amidas de ácido fórmico. Este es un tipo de combustible solar.
Fernando Uribe-Romo continuará la investigación: quiere estudiar la efectividad de la fotosíntesis artificial a diferentes longitudes de onda, así como a una mayor concentración de dióxido de carbono, donde la efectividad de la fotosíntesis debería aumentar. El profesor dice que si el proceso funciona de manera eficiente, este material ayudará a reducir el nivel de gases de efecto invernadero en la atmósfera y funcionará de manera limpia para producir combustible. "Este trabajo es un gran avance", dice el autor. "Hacer materiales para absorber un espectro específico de luz es muy difícil científicamente, pero desde un punto de vista social, estamos ayudando a desarrollar una tecnología que pueda reducir los niveles de gases de efecto invernadero".
Profesor Fernando Uribe-Romo. Foto: Universidad de Florida CentralQuizás en el futuro comiencen a construir plantas de energía de un nuevo tipo: plantas enteras que comenzarán a absorber dióxido de carbono de la atmósfera en grandes cantidades y producir combustible. No puede preocuparse por la falta de CO
2 : es extremadamente simple compensarlo, por lo que siempre habrá suficiente material para la vida de las plantas verdes en la Tierra.
A la izquierda están las isotermas de absorción de CO 2 (273 K), a la derecha está el diferencial de entalpía de absorción.El profesor incluso imagina que en el futuro las personas cubrirán los techos de las casas con dicho material orgánico de metal, generando así energía para el hogar y purificando el aire en el patio.
El trabajo científico fue
publicado el 7 de abril de 2017 en la revista
Journal of Materials Chemistry A (doi: 10.1039 / C7TA00437K,
pdf ).