Mientras los científicos y los formuladores de políticas de todo el mundo intentan combatir la creciente tasa de cambio climático, se han centrado en el principal culpable: el dióxido de carbono.
Producido por la quema de combustibles fósiles en plantas de energía y motores de automóviles, el dióxido de carbono continúa acumulándose en la atmósfera, calentando el planeta. Pero los árboles y otras plantas capturan lentamente dióxido de carbono de la atmósfera, convirtiéndolo en azúcares que almacenan energía.
En un nuevo estudio del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. Y la Universidad de Illinois en Chicago, los investigadores han encontrado una forma similar de convertir el dióxido de carbono en una fuente de energía utilizable mediante la luz solar.
Uno de los principales desafíos de secuestrar dióxido de carbono es que es relativamente poco reactivo químicamente. "Por sí solo, es bastante difícil convertir el dióxido de carbono en otra cosa", dijo el químico de Argonne, Larry Curtiss, autor del estudio.
Para convertir el dióxido de carbono en algo que podría ser un combustible utilizable, Curtiss y sus colegas necesitaban encontrar un catalizador, un compuesto particular que pudiera hacer que el dióxido de carbono reaccionara más fácilmente. Al convertir el dióxido de carbono de la atmósfera en azúcar, las plantasusar un catalizador orgánico llamado enzima; los investigadores usaron un compuesto metálico llamado diselenuro de tungsteno, que formaron escamas nanométricas para maximizar el área de superficie y exponer sus bordes reactivos.
Mientras las plantas usan sus catalizadores para producir azúcar, los investigadores de Argonne usaron los suyos para convertir el dióxido de carbono en monóxido de carbono. Aunque el monóxido de carbono también es un gas de efecto invernadero, es mucho más reactivo que el dióxido de carbono y los científicos ya tienen formas de convertir el monóxido de carbonoen combustible utilizable, como el metanol. "Hacer combustible a partir de monóxido de carbono significa viajar 'cuesta abajo' enérgicamente, mientras que tratar de crearlo directamente a partir de dióxido de carbono significa tener que ir 'cuesta arriba'", dijo el físico de Argonne Peter Zapol, otro autor del estudio..
Aunque la reacción para transformar el dióxido de carbono en monóxido de carbono es diferente de cualquier cosa que se encuentre en la naturaleza, requiere los mismos insumos básicos que la fotosíntesis. "En la fotosíntesis, los árboles necesitan energía de la luz, el agua y el dióxido de carbono para producir su combustible;en nuestro experimento, los ingredientes son los mismos, pero el producto es diferente ", dijo Curtiss.
La configuración de la reacción es lo suficientemente similar a la naturaleza que el equipo de investigación pudo construir una "hoja artificial" que podría completar toda la vía de reacción de tres pasos. En el primer paso, los fotones entrantes - paquetes de luz -se convierten en pares de electrones cargados negativamente y los correspondientes "agujeros" cargados positivamente que luego se separan entre sí. En el segundo paso, los agujeros reaccionan con las moléculas de agua, creando protones y moléculas de oxígeno. Finalmente, los protones, los electrones y el carbonotodos los dióxido reaccionan juntos para crear monóxido de carbono y agua.
"Quemamos tantos tipos diferentes de hidrocarburos, como carbón, petróleo o gasolina, que encontrar una forma económica de hacer que los combustibles químicos sean más reutilizables con la ayuda de la luz solar podría tener un gran impacto", dijo Zapol.
Hacia este objetivo, el estudio también mostró que la reacción ocurre con una pérdida mínima de energía: la reacción es muy eficiente ". Cuanto menos eficiente es una reacción, mayor es el costo de energía para reciclar dióxido de carbono, por lo que tener una reacción eficiente escrucial ", dijo Zapol.
Según Curtiss, el catalizador de diselenuro de tungsteno también es bastante duradero, dura más de 100 horas, una barra alta para que los catalizadores se encuentren.
El estudio, "Electrocatalizadores de dicholcogenuro de metal de transición nanoestructurados para la reducción de CO2 en líquido iónico", se publica en ciencia . Gran parte del trabajo experimental se realizó en la Universidad de Illinois en Chicago, mientras que el trabajo computacional se realizó en Argonne.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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