Hoja Artificial

Hoja Artificial (es un dispositivo generador de hidrogeno y oxigeno). “Este es un gran descubrimiento con enormes implicaciones en la futura prosperidad de la raza humana” - Dr. James Barber^[1]

Inicios

A inicios de la década de los setenta, un estudiante de la Universidad de Tokio, en conjunto con su tutor, demostraron que unos electrodos hechos de dióxido de titanio separaban lentamente el agua, cuando eran expuestos a un haz de luz brillante. Ese fue uno de los primeros pasos en la fotosíntesis artificial.

Posteriormente en 1974 se dio otro descubrimiento similar, esta vez de la mano de Thomas Meyer, un profesor de química de la Universidad del Norte de Carolina, en Chapel Hill, quien demostró que un colorante basado en Rutenio, al ser iluminado, reaccionaba de tal forma que oxidaba al agua, esto es le quitaba electrones.

Aunque ninguno de las dos técnicas probó ser practica, durante las siguientes décadas los científicos siguieron estudiando las estructuras y los materiales de las plantas que absorben luz y guardan energía.

En el 2004, investigadores de la Escuela Imperial de Londres, identificaron un grupo de proteínas y metales, cruciales para liberar el oxigeno del agua en las plantas. Este descubrimiento ayudo mucho, ya que se sentaron las bases sobre las cuales se desarrollarían los nuevos catalizadores.

Por su parte el Dr. Nocera, investigador del Instituto Tecnologico de Massachusetts y fundador de la empresa Sun Catalytix, no comenzó atacando el gran problema, que era dividir el agua en sus componentes, sino que primero trato de encontrar el catalizador adecuado para combinar oxigeno con protones y electrones para formar agua. Al estar experimentando encontró que ciertos compuestos basados en cobalto eran bastante buenos para esta reacción, así que decidió utilizar similares para dividir el agua. Aunque no se esperaba que surtiera efecto, cuando uso en un experimento un compuesto de fosfato de cobalto, descubrió que si, separaba el agua en oxigeno e hidrogeno. Uno de los factores que diferencia este dispositivo de los demas es que esta hecho con materiales baratos y no tan raros como el platino que era usado como electrodo por lo que tiene realmente potencial como fuente de energia .

Fotosíntesis artificial

Electrólisis

Consiste en emular el proceso de fotosíntesis que llevan a cabo las plantas, quienes usan la luz para producir electrones que luego son utilizados para dividir el agua. Análogamente la fotosíntesis artificial pretende usar luz solar para generar una corriente eléctrica y así llevar a cabo un proceso de separación del agua en sus componentes básicos, hidrogeno y oxigeno mediante un catalizador.

Hoja artificial

Este dispositivo, creado por el Dr. Daniel Nocera y su equipo de investigadores, en el Instituto Tecnologico de Massachusetts, no es más grande que un naipe, está compuesto por un chip de silicón similar al usado en las celdas solares y además cuenta con el catalizador ya integrado que usa el voltaje producido por el chip para producir hidrogeno y oxigeno, cada gas en un lado del chip, a partir de agua deshaciéndose así de la necesidad de paneles solares extras.

Nocera aseguro en una conferencia de la Sociedad Americana de Química (ACS por sus siglas en ingles) que si se coloca el dispositivo en una botella de agua, y se sujeta de tal manera que lo ilumine la luz solar, se empezarían a ver burbujas de hidrogeno y oxigeno saliendo del material. Por ahora, la hoja artificial de Nocera es 10 veces más eficiente llevando a cabo el proceso de fotosíntesis artificial que una hoja natural, por otra parte puede operar de manera continua por al menos 45 horas sin bajar su rendimiento.^[2]

El Catalizador

Aunque Dr. Nocera no ha revelado la formula exacta del catalizador, si dijo que está compuesto de tres metales y cada uno tiene un rol distinto, el primero funciona como un ingrediente activo en una medicina, junta a las moléculas de H2. El segundo ayuda a mantener adheridos los otros dos metales como una aleación que puede ser manipulada. Mientras que el tercero se ocupa de remover el fosfato de la superficie del material y permitir que el dispositivo funcione continuamente.

Hidrógeno como energía

Al hidrógeno se le han atribuido ciertas características peligrosas, sin embargo la mayoría carece de fundamentos. Uno de los mayores problemas que se encuentra con el hidrógeno es que causa una deficiencia de aire, que provoca que las personas al inhalarlo puedan sentir mareo, nauseas, dolores de cabeza, entre otros. Pero es importante mencionar que estos son provocados por la falta de oxigeno y que no son efectos colaterales del hidrógeno en si mismo. En cuanto a efectos que puede causar en el medio ambiente el hidrógeno es un gas que se encuentra naturalmente en la atmósfera por lo que en un ambiente controlado el gas se disipara sin causar repercusiones al medio ambiente. En lo que se refiere a combustibles, cualquier combustible es peligroso y necesita ser manejado con la debía precaución y las mediadas adecuadas. El hidrogeno es muy ligero, 14.4 veces más ligero que el aire, también se quema más rápido, sin embargo no produce humo, sino vapor de agua. Por otra parte en cuanto a su viabilidad como fuente de energía, mientras que la densidad energética de las baterías es alrededor de 0.5MJ7kg, la de los combustibles líquidos es aproximadamente de 50MJ/Kg y la de la molécula biatómica de hidrogeno H2 es de 140MJ/Kg.^[3]

Hydrogen vehicle

Esto significa que se puede guardar una cantidad enorme de energía en muy poco combustible, el Dr. Nathan Lewis del Instituto Tecnologico de California, asegura en una entrevista que “Es obvio que los combustibles químicos son los únicos lo suficientemente densos, energéticamente hablando, para obtener energía de manera masiva, y de ellos el hidrogeno es el más limpio”. ^[4]

La principal razón por la cual actualmente no usamos hidrogeno como fuente de energía es porque en el planeta no se le encuentra de manera pura, sino que siempre está en compuestos químicos. Existen tres maneras de separar el hidrogeno, usando calor, mediante procesos químicos con microorganismos o usando electricidad, para llevar a cabo la electrolisis del agua.

Celdas de Combustible

Una celda de combustible o celda de hidrógeno genera electricidad a partir de la combinación electroquímica de hidrógeno y oxigeno sin combustión. Una celda de combustible no se agota ni se necesita recargar y el único desecho que genera es agua. Las celdas de combustible están hechas por dos electrodos siendo separados por un electrolito

Sun Catalytix

Es un grupo de científicos e ingenieros que partiendo de la investigación del Dr. Nocera buscan la manera de combinar la energía solar con el agua de manera que puedan proveer de energía solar para cada individuo. Ellos buscan la manera de producir energía de una manera mas económica, eficiente y sobre todo personalizada, empezando así el camino de la energía que puede ser utilizada en el futuro. En Sun Catalytix se dedican a la comercialización del experimento del Dr. Nocera para vender catalizadores que separen el hidrogeno del oxigeno del agua imitando el proceso de fotosíntesis.

Referencias

Enlaces externos

• Faces of the Recovery Act: Sun Catalytix
• Twenty Hydrogen Myths.
• Chemistry of Personalized Solar Energy