Vía Institution of Mechanical Enegineers

Las ‘hojas artificiales’ flotantes que generan combustibles limpios a partir de la luz solar y el agua podrían eventualmente operar a gran escala en el mar, dijeron sus creadores.

Desarrollados por investigadores de la Universidad de Cambridge, los dispositivos ultradelgados y flexibles se inspiraron en la fotosíntesis. Como los dispositivos autónomos de bajo costo son lo suficientemente livianos como para flotar, podrían usarse para generar una alternativa sostenible a la gasolina sin ocupar espacio en tierra, dijeron los investigadores.

Según los informes, las pruebas al aire libre de las hojas livianas en el río Cam en Cambridge mostraron que pueden convertir la luz solar en combustibles de manera tan eficiente como las hojas de las plantas. Si se amplían, los dispositivos podrían usarse en vías fluviales contaminadas, en puertos o incluso en el mar.

El grupo de investigación del profesor Erwin Reisner ha estado trabajando durante varios años para abordar el problema de la descarbonización de industrias difíciles como el transporte marítimo mediante el desarrollo de alternativas sostenibles de combustibles fósiles.

En 2019, desarrollaron una  hoja artificial  que produce gas de síntesis, un intermediario clave en la producción de muchos productos químicos y farmacéuticos, a partir de la luz solar, el dióxido de carbono y el agua.

El prototipo anterior generaba combustible combinando dos absorbedores de luz con catalizadores adecuados. Sin embargo, incorporó sustratos de vidrio grueso y revestimientos protectores contra la humedad, lo que lo hizo voluminoso.

«Las hojas artificiales podrían reducir sustancialmente el costo de la producción de combustible sostenible, pero dado que son pesadas y frágiles, son difíciles de producir a escala y transportar», dijo el Dr. Virgil Andrei, coautor principal de la investigación sobre el nuevo dispositivos.

“Queríamos ver hasta dónde podemos reducir los materiales que usan estos dispositivos sin afectar su rendimiento”, dijo Reisner, quien dirigió la investigación. «Si podemos recortar los materiales lo suficiente como para que sean lo suficientemente livianos como para flotar, entonces se abren nuevas formas de usar estas hojas artificiales».

Para la nueva versión de la hoja artificial, los investigadores se inspiraron en la industria electrónica, donde las técnicas de miniaturización han llevado a la creación de teléfonos inteligentes y pantallas flexibles.

El desafío para los investigadores fue cómo depositar absorbentes de luz en sustratos livianos y protegerlos contra la infiltración de agua. Para superar estos desafíos, el equipo utilizó óxidos metálicos de película delgada y materiales conocidos como perovskitas, que se pueden recubrir sobre láminas metálicas y plásticas flexibles. Los dispositivos se cubrieron con capas a base de carbono repelentes al agua del grosor de un micrómetro que evitan la degradación por humedad.

“Este estudio demuestra que las hojas artificiales son compatibles con las técnicas de fabricación modernas, lo que representa un primer paso hacia la automatización y la mejora de la producción de combustible solar”, dijo el Dr. Andrei. “Estas hojas combinan las ventajas de la mayoría de las tecnologías de combustible solar, ya que logran el bajo peso de las suspensiones de polvo y el alto rendimiento de los sistemas cableados”.

Las pruebas de las nuevas hojas artificiales mostraron que pueden dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, o reducir el CO ₂  a gas de síntesis. Si bien será necesario realizar mejoras adicionales antes de que estén listas para aplicaciones comerciales, los investigadores dijeron que este desarrollo «abre vías completamente nuevas» en su trabajo.

“Las granjas solares se han vuelto populares para la producción de electricidad; imaginamos granjas similares para la síntesis de combustible”, dijo Andrei. “Estos podrían abastecer asentamientos costeros, islas remotas, cubrir estanques industriales o evitar la evaporación del agua de los canales de riego”.

“Muchas tecnologías de energía renovable, incluidas las tecnologías de combustible solar, pueden ocupar grandes cantidades de espacio en la tierra, por lo que trasladar la producción a aguas abiertas significaría que la energía limpia y el uso de la tierra no compiten entre sí”, dijo Reisner. “En teoría, podría enrollar estos dispositivos y colocarlos en casi cualquier lugar, en casi cualquier país, lo que también ayudaría con la seguridad energética”.

La investigación fue apoyada en parte por el Consejo Europeo de Investigación, Cambridge Trust, el Programa Winton para la Física de la Sostenibilidad, la Real Academia de Ingeniería y el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC), parte de Investigación e Innovación del Reino Unido ( UKRI).

Los  resultados  fueron publicados en Nature .