Probando la fotosíntesis artificial

Habiendo superado las 400 partes por millón de concentración media de carbono en la atmósfera por primera vez en la historia humana, necesitamos fuentes de energía alternativas más que nunca. Sería suficiente con una hora de luz solar a nivel global para cubrir todas las necesidades de la humanidad durante un año. Sin embargo, el mayor reto es desarrollar maneras eficientes de convertir energía solar en energía electroquímica a escala masiva. Una clave para afrontar este reto puede recaer en la habilidad de probar esquemas de conversión energéticos a microescala.

Investigadores del Laboratorio Berkley han desarrollado el primer banco de pruebas de microfluidos totalmente integrados para evaluar y optimizar los sistemas de conversión electroquímica dirigidos por energía solar. Este sistema de banco de pruebas ya ha sido usado para estudiar esquemas de electrólisis fotovoltáica de agua, y puede adaptarse fácilmente al estudio de fotosíntesis artificial y tecnologías de células de combustible.

Durante más de dos millones de años, la naturaleza ha empleado la fotosíntesis para oxidar agua y obtener moléculas de oxígeno. La versión artificial de la fotosíntesis se considera una de las más prometedoras tecnologías de energía solar. La misión del Laboratorio Berkely es desarrollar una versión artificial de la fotosíntesis mediante membranas especializadas hechas de materiales de nanoingeniería que puede hacer lo que hace la naturaleza solo que de forma más eficiente y con el propósito de producir combustibles almacenables tales como hidrógeno o hidrocarburos (gasolina, diesel, etc.)

Los principios operativos de los sistemas de fotosíntesis artificial son similares a los de las baterías de flujo redox y las células de combustible en las cuales los portadores de carga necesitan ser transportados a los electrodos. Los reactantes necesitan ser alimentados en los centros catalíticos, los productos se deben extraer y tiene que tener lugar el transporte iónico tanto desde el electrolito a los centros catalíticos como a través de los canales. Mientras que hay un número de demostraciones de fotosíntesis artificiales que han conseguido conversiones de energía solar a hidrógeno atractivas, relativamente pocas de estas incluyen todoso los principios operativos, especialmente es aislamiento químico del cátodo y el ánodo.

El banco de pruebas de microfluidos permite, para diferentes materiales de ánodos y cátodos, integrarlos y acceder eléctricamente de forma independiente a trvés de contactos macroscópicos patronados en el exterior de un chip microfabricado. El transporte de los portadores de carga tiene lugar mediante una membrana de polímero conductora de iones, y los productos de la electrólisis pueden evolucionar y se recolectados en corrientes separadas. Este diseño general proporciona catálisis selectiva en el ánodo y el cátodo, minimización de las pérdidas de cruce y transporte gestionado de los reactantes. Virtualmente cualquier componente fotoelectroquímico, incluyendo aquellos hechos con elementos abundantes en la Tierra, puede ser incorporado al banco de pruebas.

Via sciencie newsline