Fotosíntesis artificial

En un artículo en Science publicado en 1912, el profesor Giacomo Ciamicianseñaló que "el carbón ... ofrece energía solar a la humanidad en su forma más concentrada ... pero el carbón no es inagotable. ¿Es la energía solar fósil la única que se puede utilizar en la vida moderna y la civilización? "Más adelante en el artículo, titulado grandiosamente" La fotoquímica del futuro ", comenta:

" Los edificios de vidrio se elevarán en todas partes; dentro de estos se llevarán a cabo los procesos fotoquímicos que hasta ahora han sido el secreto resguardado de las plantas, pero que habrán sido dominadas por la industria humana que sabrá hacerlos llevar frutos aún más abundantes que la naturaleza, ya que la naturaleza no está en una apresúrate y la humanidad es ... ¡la vida y la civilización continuarán mientras el sol brille! "

Más de un siglo después de que Ciamician concibiera por primera vez la fotosíntesis artificial como un medio de destetarse de los combustibles fósiles, la búsqueda para hacerlo realidad continúa, y con renovada urgencia.

Mientras que los paneles solares se esfuerzan en los límites teóricos de su eficacia , buscando liberarse, todavía hay un lugar para la fotosíntesis artificial, que durante mucho tiempo fue un primo olvidado. Parece probable que las personas sigan queriendo combustibles líquidos y sólidos que puedan quemarse, mientras que los paneles solares solo pueden proporcionarnos electricidad.

El cambio climático proporciona un nuevo impulso para la investigación de la fotosíntesis artificial . Las plantas hacen otra cosa que es inmensamente útil: secuestrar dióxido de carbono. La mayoría de los modelos climáticos que nos permiten cumplir con el límite del acuerdo de París de 2 grados Celsius requieren grandes cantidades de bioenergía con captura y almacenamiento de carbono . Esta es una tecnología de emisiones negativas donde las plantas capturan dióxido de carbono, se convierten en biocombustibles, y cuando esos combustibles se queman, el carbono es capturado y secuestrado bajo tierra.

La fotosíntesis artificial puede ser una fuente de carbono negativa de combustibles líquidos como el etanol. Los defensores ecologistas a menudo han promocionado la "economía del hidrógeno" como una solución al problema de la reducción de las emisiones de carbono. En lugar de reemplazar toda nuestra infraestructura, con su dependencia de combustibles sólidos y líquidos, simplemente reemplazamos los combustibles. Combustibles como el hidrógeno o el etanol podrían producirse en última instancia a través de la energía solar, como en la fotosíntesis artificial, por lo que podríamos seguir utilizando combustibles líquidos con menos daño ambiental. Electrificar todo puede resultar más difícil que simplemente cambiar la gasolina por etanol.

Así que la fotosíntesis artificial vale la pena investigar, y recientemente se han logrado grandes avances.

Las enormes inversiones de los gobiernos y de empresarios caritativos como Bill Gates se han destinado a los combustibles solares . Se están investigando varios procesos fotoquímicos diferentes, pero algunos de ellos ya tienen el potencial de ser más eficientes que las plantas para nuestros propósitos.

Un documento del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía publicado en Energy and Environmental Science en septiembre de 2017 describe un nuevo proceso que puede convertir CO2 en etanol, que puede usarse como combustible y ya representa el 10 por ciento de la gasolina en los EE. UU. -y etileno, que es un producto químico importante utilizado en la industria, quizás el más famoso como el plástico de polietileno. Esta fue la primera demostración de la conversión directa exitosa de dióxido de carbono en combustibles y precursores de plástico.

Un artículo reciente publicado en Nature Catalysis este año analiza una técnica mediante la cual los paneles fotovoltaicos se conectan a un dispositivo que electroliza el dióxido de carbono. Luego, un microbio que respira anaeróbicamente convierte el dióxido de carbono y el agua, junto con la energía eléctrica recogida de los paneles solares, en butanol.

Señalaron que su capacidad para convertir la energía eléctrica en productos deseados era cercana al 100 por ciento, y el sistema en su conjunto podría alcanzar hasta un 8 por ciento de eficiencia en la conversión de la luz solar en combustibles. Esto puede no parecer mucho, pero el 20 por ciento es bueno para que los paneles solares se conviertan directamente en electricidad; incluso las plantas más productivas , como la caña de azúcar y el switchgrass, solo alcanzan un 6 por ciento de eficiencia. Se compara muy favorablemente con algunos de los biocombustibles que se usan en este momento, como el bioetanol de maíz, ya que el maíz es notoriamente menos eficiente para convertir la luz solar en energía almacenada .

Otras formas de fotosíntesis artificial se centran en el potencial que rodea al hidrógeno como combustible. Recientemente, los investigadores de Harvard presentaron una versión impresionante de una "hoja biónica" que puede convertir la energía solar en hidrógeno. Una ventaja notable es que su eficiencia aumenta rápidamente si expone la hoja a CO2 puro. Si vamos a vivir en un futuro donde se extraen grandes cantidades de dióxido de carbono de la atmósfera, ahora tenemos un uso bastante bueno para ello. Aunque en los últimos años la idea ha sido menos entusiasta (la termodinámica del uso de la electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno no siempre es ideal), todavía hay una intensa investigación en automóviles con hidrógeno y calefacción para calentar hogares, especialmente en Japón. .

Una preocupación con cualquier esfuerzo hacia la fotosíntesis artificial es que cuantos más pasos tenga en el proceso de conversión, más energía se perderá en el camino. Usar aparatos electrificados con energía generada directamente del sol sería mucho más eficiente que cualquier esquema para convertir la electricidad y el dióxido de carbono en combustible, que luego se quema para recuperar una fracción de la entrada de electricidad.

Además, desde una perspectiva ambiental y práctica, la construcción de miles de millones de plantas artificiales puede terminar siendo mucho menos factible que la siembra de semillas para algunos biocombustibles bien elegidos. Por otro lado, esas plantas a menudo requieren una buena capa superficial del suelo, que se está degradando rápidamente debido a la presión agrícola. Los biocombustibles ya son considerados sospechosos debido a su potencial para utilizar tierras que de otra manera alimentarían a una población en constante crecimiento. Una de las principales ventajas de la fotosíntesis artificial es que podría ver estas "plantas" florecer en el desierto, o incluso en los océanos.

Las baterías pueden surgir como una mejor forma de crear un almacenamiento de energía que sea portátil y altamente compacto, como lo pueden ser los combustibles líquidos o el hidrógeno. Como suele ser el caso en la ciencia, nos inspiramos en el mundo natural, pero comprenderlo, controlarlo e incluso mejorarlo es todo un desafío.

Fuente: www.singuylarityhub.com