DESARROLLAN HOJAS ARTIFICIALES MÁS EFICIENTES

Las hojas artificiales imitan la fotosíntesis: el proceso mediante el cual las plantas utilizan el agua y el dióxido de carbono del aire para producir carbohidratos utilizando la energía del sol. Pero incluso las hojas artificiales de vanguardia, que prometen reducir el dióxido de carbono de la atmósfera, solo funcionan en el laboratorio porque utilizan dióxido de carbono puro presurizado de los tanques.

Pero ahora, los investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago han propuesto una solución de diseño que podría sacar las hojas artificiales del laboratorio y al medio ambiente. Su hoja mejorada, que usaría dióxido de carbono (un potente gas de efecto invernadero) del aire, sería al menos 10 veces más eficiente que las hojas naturales para convertir el dióxido de carbono en combustible. Sus hallazgos aparecen en la revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering .

“Hasta ahora, todos los diseños para hojas artificiales que se han probado en el laboratorio utilizan dióxido de carbono de tanques presurizados. Para poder implementarse con éxito en el mundo real, estos dispositivos deben poder extraer dióxido de carbono de fuentes mucho más diluidas, como como aire y gas de combustión, que es el gas emitido por las centrales eléctricas que queman carbón “, dijo Meenesh Singh, profesor asistente de ingeniería química en la Facultad de Ingeniería de la UIC y autor correspondiente del periódico.

Desenganchar el suministro de dióxido de carbono presurizado de estas hojas significa que deben tener una forma de recolectar y concentrar el dióxido de carbono del aire para impulsar sus reacciones fotosintéticas artificiales.

Singh y su colega Aditya Prajapati, un estudiante graduado en su laboratorio, propusieron resolver este problema encapsulando una hoja artificial tradicional dentro de una cápsula transparente hecha de una membrana semipermeable de resina de amonio cuaternario y llena de agua. La membrana permite que el agua del interior se evapore cuando se calienta con la luz solar. A medida que el agua pasa a través de la membrana, extrae dióxido de carbono del aire de manera selectiva. La unidad fotosintética artificial dentro de la cápsula está formada por un absorbente de luz recubierto con catalizadores que convierten el dióxido de carbono en monóxido de carbono, que se puede extraer mediante sifón y usar como base para la creación de varios combustibles sintéticos. El oxígeno también se produce y puede ser recogido o liberado en el entorno circundante.

“Al envolver la tecnología tradicional de hoja artificial dentro de esta membrana especializada, toda la unidad puede funcionar en el exterior, como una hoja natural”, dijo Singh.

Según sus cálculos, 360 hojas, cada una de 1,7 metros de largo y 0,2 metros de ancho, producirían cerca de media tonelada de monóxido de carbono por día que podría utilizarse como base para los combustibles sintéticos. Trescientas sesenta de estas hojas artificiales que cubren un área de 500 metros cuadrados podrían reducir los niveles de dióxido de carbono en un 10 por ciento en el aire circundante a menos de 100 metros de la matriz en un día.

“Nuestro diseño conceptual utiliza materiales y tecnología fácilmente disponibles, que cuando se combinan pueden producir una hoja artificial que está lista para ser desplegada fuera del laboratorio, donde puede desempeñar un papel importante en la reducción de gases de efecto invernadero en la atmósfera”, dijo Singh.

Una hoja artificial, bioinspirada. El dióxido de carbono (bolas rojas y negras) ingresa a la hoja a medida que el agua (bolas blancas y rojas) se evapora del fondo de la hoja. Un fotosistema artificial (círculo púrpura en el centro de la hoja) hecho de un absorbente de luz recubierto con catalizadores convierte el dióxido de carbono en monóxido de carbono y convierte el agua en oxígeno (que se muestra como dobles bolas rojas) utilizando la luz solar.Crédito: Meenesh Singh