Un avance en fotosíntesis artificial gana el premio de la UE por combustible a partir de la luz solar
Un equipo de investigación japonés liderado por el Prof. Kazunari Domen gana un premio de 5 millones de euros de la UE por desarrollar un sistema de fotosíntesis artificial escalable que convierte la luz solar y el agua en combustible verde. La innovación podría impulsar vehículos e industrias en una economía climáticamente neutra
La luz solar que llega a la Tierra es suficiente para satisfacer todas sus necesidades energéticas, lo que ofrece la promesa de un combustible barato para impulsar vehículos, máquinas e industrias pesadas
Un equipo de investigación liderado por la Universidad de Tokio ganó este mes un premio de 5 millones de euros de la Unión Europea por idear una forma novedosa de producir combustible abundante y barato a partir de la luz solar.
In the scramble to find alternatives to fossil fuels, the EU competition aimed to accelerate development of one of the most promising new technologies – artificial photosynthesis – in a spirit of fostering international collaboration over the most promising clean-energy pathsBig potential
La tecnología imita la fotosíntesis natural, en la que las plantas utilizan los rayos del sol para transformar el agua en oxígeno y el dióxido de carbono en energía química en forma de glucosa.
La fotosíntesis artificial utiliza la luz solar para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno. El oxígeno se libera a la atmósfera y el hidrógeno puede utilizarse como combustible.
«La fotosíntesis artificial tiene el potencial de proporcionar una enorme cantidad de combustible verde», declaró el profesor Kazunari Domen, coordinador del equipo ganador, en una entrevista después de que la Comisión Europea anunciara el premio el 5 de diciembre en Bruselas.
Compuesto por científicos de la Universidad de Tokio y de la empresa energética japonesa INPEX, el equipo figuró entre los 22 solicitantes del premio Fuel from the Sun y llegó a la lista corta de tres finalistas antes de alzarse con la victoria. Los dos subcampeones eran de Francia y el Reino Unido.
El concurso se celebró en el marco de una iniciativa global llamada Mission Innovation, que reúne a 24 países e impulsa actividades de investigación e inversiones con el fin de hacer que la energía limpia sea universalmente accesible y asequible.
«El premio se concedió al equipo ganador por su alto grado de ingeniería profesional e integración», declaró la Comisión.
Si la fotosíntesis artificial puede realizarse de forma suficientemente barata, podría reemplazar al petróleo, el gas natural y el carbón para todo tipo de vehículos, máquinas e industrias, incluidas las químicas que no pueden funcionar únicamente con electricidad renovable.
Aunque la luz solar es abundante y gratuita, muchos de los métodos para convertirla en combustible son demasiado caros –o demasiado difíciles de escalar– para competir con los combustibles fósiles.
Prueba de motor
El prototipo de los ganadores tiene el potencial de ser a la vez barato y fácilmente escalable.
Los concursantes tuvieron que desarrollar un dispositivo que utilizara la fotosíntesis artificial para crear suficiente combustible para alimentar un motor pequeño. Los dispositivos se pusieron en funcionamiento al aire libre y se probó la cantidad de combustible que producían, su composición y su capacidad para alimentar el motor.
El sistema ganador utilizó fotocatalizadores en contacto con agua pura.
Los fotocatalizadores son partículas ultrafinas que absorben la energía del sol y provocan la división del agua. El hidrógeno resultante se combinó entonces con dióxido de carbono para producir metano, que se utilizó para hacer funcionar el motor.
Debido a que los fotocatalizadores son una forma sencilla de convertir la luz solar en energía química, ofrecen la esperanza de producir hidrógeno verde de bajo coste, dijo el Prof. Domen, profesor de la Universidad de Tokio y de la Universidad de Shinshu.
Hidrógeno verde
El reto del concurso consistía en construir un prototipo totalmente funcional de un sistema basado en la fotosíntesis artificial que pudiera producir un combustible sintético utilizable.
«Hasta ahora, nuestro proyecto se ha centrado en la producción de hidrógeno, pero gracias a esta competencia obtuvimos importantes conocimientos sobre la síntesis de combustibles verdes como el metano, que son más favorables para el almacenamiento y el transporte», dijo el Prof. Domen.
El hidrógeno producido en el sistema ganador puede considerarse verde, dijo.
Hoy en día, el hidrógeno verde, producido con energía renovable, incluida la solar y la eólica, representa menos del 1 % del total de hidrógeno producido, según la Agencia Internacional de la Energía.
El coste actual de producir hidrógeno verde es tan elevado que la actividad no es rentable sin el apoyo de los gobiernos, según el Prof. Domen.
La prioridad de su equipo ahora es encontrar un fotocatalizador más eficaz.
El dispositivo ganador alcanzó una eficiencia de aproximadamente el 0,6 %, lo que significa que alrededor del 99 % de la energía se perdió. Para que dicho combustible sea comercialmente viable, el catalizador deberá ofrecer al menos un 5 % de eficiencia, dijo el Prof. Domen.
«Ya hemos encontrado varios materiales candidatos que pueden ofrecer una eficiencia del 5 % o incluso del 10 %», dijo. «Así que creo que podremos lograrlo en un futuro próximo».
Obstáculos de mercado
Si tiene éxito, el equipo debería poder superar las barreras restantes para la comercialización en años –en lugar de décadas– en colaboración con socios industriales, dijo.
Un obstáculo que el Prof. Domen confía en superar es el normativo.
Aunque la combinación de hidrógeno y oxígeno es «explosiva», dijo, «sabemos cómo manejar la mezcla de forma segura».
Otro obstáculo es desarrollar reactores baratos y mejorar la separación del hidrógeno de la mezcla.
Si tiene éxito, las plantas de producción finales consistirán en contenedores muy finos de agua y fotocatalizadores, que se exponen a la luz solar.
Según el Prof. Domen, para 2050 habría que construir unas 10 000 plantas, cada una de ellas con una superficie de 25 kilómetros cuadrados, para satisfacer un tercio de las necesidades energéticas mundiales.
Perspectiva de beneficios
«Muchas personas de la industria me dijeron que si pueden ganar dinero, entonces 10 000 plantas no son imposibles», dijo. «Realmente depende de si pueden ganar dinero o no».
Mientras tanto, mientras su equipo se apresura a encontrar un fotocatalizador más eficaz, el Prof. Domen afirma que el premio Fuel from the Sun ayudará a convertir a los escépticos del método en partidarios del mismo.
«La mayoría de la gente no cree que los fotocatalizadores funcionen», dijo.
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