11, abr
"Hoja artificial": científicos del MIT logran nueva tecnología para obtener energía
En: misceláneos tecnored
Daniel Nocera, ingeniero químico e investigador del Instituto Tecnológico de Massachusetts, MIT, es uno de aquellos científicos a los que habrá que seguirle la pista con sus estudios. Por estos días acaba de dar un paso muy importante en el desarrollo de la "fotosíntesis artificial", que se traduce -nada más y nada menos- en una nueva tecnología que permitiría obtener energía eléctrica a partir de dos elementos abundantes en el planeta: agua y sol. La propuesta es mucho más eficiente que las actuales celdas solares convencionales y tiene la ventaja de que el hidrógeno producido puede utilizarse para otras aplicaciones.
Daniel Nocera muestra el dispositivo que él y Mateo Kanan inventaron para dividir el oxígeno del hidrógeno en el agua, de manera muy parecida a como lo hacen las plantas. Foto: Len Rubenstein
Una propuesta similar, la creación de una hoja artificial, fue planteada en 1998 por un científico llamado John Turner en el National Renewable Energy Lab. Él demostró que se podía tomar la luz solar para luego dividir el hidrógeno y el oxígeno usando el agua como un medio de transmisión inalámbrico.
La diferencia es que Turner usa, básicamente, los materiales de la era espacial, literalmente, los materiales que la NASA utiliza cuando envían las cosas al espacio para la cosecha del sol. De esta forma esa tecnología resulta muy cara.
Más recientemente, los científicos chinos han presentado un diseño de una hoja artificial que incorpora el dióxido de titanio y platino, y los investigadores holandeses crearon un sistema de captura de la luz sobre la base de la clorofila de las algas Spirulina.
Sin embargo, el planteamiento de Nocera, se basa en materiales abundantes de la Tierra: silicio, cobalto, fosfato y una aleación de metal barato para hacer el hidrógeno.
Con un dispositivo del tamaño de una carta de póker, Nocera y su equipo han logrado convertir luz solar y agua en energía y, según los investigadores, con una eficiencia diez veces mejor que la de las hojas vegetales.
El dispositivo fue fabricado con silicio, material electrónico y un catalizador, sustancias que aceleran las reacciones químicas que de otro modo no ocurrirían o lo harían más lentamente.
Ese pequeño panel solar catalizador, con apenas tres litros de agua, y bajo el sol, pueden generar energía suficiente para alimentar a un hogar durante un día. Para lograr esto, se lo coloca en un recipiente con agua bajo la luz directa del sol y allí divide el agua en sus dos componentes: hidrógeno y oxígeno. Estos son almacenados en una célula de energía, que luego se utiliza para producir electricidad.
En laboratorio el prototipo se llegó a medir su eficiencia a lo largo de 45 horas, y no tuvo ni una baja en su actividad. Lo interesante es que será barato, ya que los materiales con que está hecho el dispositivo también lo son: níquel y cobalto.
"El hogar promedio utiliza alrededor de 30 kilovatios-hora de electricidad al día", señala el profesor de química del MIT. Para obtener el combustible necesario para generar esa cantidad se utilizarían aproximadamente cinco litros de agua" . Y debido a la recombinación de oxígeno e hidrógeno, el sistema podría ser cerrado: por ejemplo, un camión en el desierto junto con un suministro de agua lograría establecerse varios años.
"Una hoja de planta artificial ha sido el Santo Grial de la ciencia por décadas", dijo Daniel Nocera durante la presentación de esta maravilla tecnológica en Anaheim, California. "Creemos que lo hemos logrado. Este dispositivo muestra promesas particulares como una fuente de energía barata para los hogares de los países en vías de desarrollo. Nuestra meta es hacer que cada hogar tenga su propia central de energía".
Daniel Nocera es un químico estadounidense de unos 50 años de edad. Saltó a la fama en 2007 cuando comenzó con la búsqueda de lo que él llama el Santo Grial, es decir, imitar la fotosíntesis de las hojas. En aquel año dijo que conquistar el secreto de las plantas llevaría a lograr un almacenamiento de la energía solar como combustible químico de una forma económica. Ahora él y su grupo claman haber logrado alcanzar este Santo Grial de la tecnología.
Cómo funciona
Los principios básicos del sistema propuesto son sencillos. Utilización de paneles solares, que generan electricidad para satisfacer las necesidades energéticas de una casa. O bien, hacer funcionar un aparato llamado electrolizador -la principal contribución al sistema - que rompe las moléculas de H2O, dos a la vez, en una molécula de oxígeno y dos moléculas de hidrógeno, pudiendo almacenar los gases en tanques. A continuación, se pueden utilizar para ejecutar una pila de combustible, un productor de electricidad que es como una pila electroquímica para generar corriente.
Hace pocos meses, Nocera y Kanan obtuvieron el resultado que querían. Las claves del éxito fueron dos productos químicos: fosfato, ampliamente utilizado en fertilizantes, y cobalto, cuyas características incluyen el hecho de que las partículas con carga positiva del metal se disuelven fácilmente en agua.
Usando un aparato que se asemeja a un laboratorio de química de alta configuración para dividir el agua, los investigadores disolvieron los iones de cobalto y el fosfato. A continuación, enviaron corriente a través de los electrodos. El cobalto acumulado en el electrodo con carga positiva - y fuera de los depósitos de burbujas, moléculas de oxígeno.
Los experimentos funcionaron, pero todavía hay mucho por hacer. Uno de los objetivos es resolver la estructura química del catalizador que permite que el oxígeno salga. - Nocera y Kanan tienen otros objetivos, también. Un ejemplo: encontrar alternativas al caro platino que es el catalizador en el electrodo negativo.
Viabilidad económica
Aunque faltan varios años para consolidar estos estudios, el proyecto parece estar bien aspectado pues a partir de las investigaciones el MIT ha creado una empresa subsidiaria para desarrollar la tecnología y el equipo de Nocera llegó a un acuerdo con Tata Grup para comercializar el invento.
Nocera y su equipo han firmado un acuerdo con Tata Group para comercializar el invento y lanzarlo al mercado masivo. Voceros de Tata, dijeron que en un año y medio ya tendrán un prototipo que pueda alimentar de electricidad a un hogar de una familia tipo en la India. Pero no hay que ilusionarse con una revolución energética en el corto plazo dado que el invento de Nocera está aún en sus primeras etapas.
La investigación del MIT ha sido presentada el 28 de marzo en la 241a Reunión Nacional de la Sociedad Americana de Química en Anaheim, California.
Fuentes: NPR, Spectrum MIT, La Nación, Argentina; Muy Interesante, Global Warming.
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