Hojas artificiales transforman la luz en combustible limpio

Las hojas usan la luz del sol para transformar el agua y el CO2 presente en el aire en oxígeno y azúcares esenciales para las plantas. Hace un siglo la ciencia concibió la idea de emularlas, pero no ha sido hasta la última década cuando se han multiplicado los prototipos que lo consiguen.

El último de la serie es un dispositivo desarrollado por el consorcio A-LEAF, coordinado desde Tarragona. Esta hoja artificial convierte la luz en hidrógeno, un combustible limpio cuando se genera a partir de energías renovables. El sistema tiene una eficiencia récord en su ámbito y además, al contrario de prototipos anteriores, no emplea materiales raros, que aumentarían su coste y limitarían su desarrollo industrial.

“Durante mucho tiempo, nos hemos centrado en prototipos pequeños, pero ahora la gente está empujando hacia sistemas escalables y compatibles con las aplicaciones”, afirma el experto en hojas artificiales Virgil Andrei, de la Universidad de Cambridge, no implicado en A-LEAF. 

No obstante, la opinión generalizada es que el uso industrial de estos sistemas no está cerca. Eso implica que probablemente su contribución en la consecución de combustibles limpios alcanzaría un nivel significativo después de 2050, el plazo establecido en acuerdos internacionales para conseguir la neutralidad climática.

Combustible a partir de la luz

Lo atractivo de las hojas artificiales es que permiten sacar combustibles limpios a partir de la luz del sol. Además le dan un uso al CO2, principal responsable del calentamiento global.

Actualmente, ya se puede convertir la luz en energía eléctrica por medio de las placas solares. Entonces ¿por qué generar combustible? “Si puedes usar directamente la energía eléctrica, deberías hacerlo. En la conversión [a combustible] se pierde mucha energía”, afirma Roel van de Krol, experto del centro Helmoltz de Berlín, no implicado en A-LEAF. 

Sin embargo, “si quieres almacenar energía durante mucho tiempo o proporcionarla de forma rápida en las industrias muy intensivas, necesitas combustibles”, explica José Ramón Galán-Mascarós, investigador del Institut Català d’Investigació Química (ICIQ), coordinador de A-LEAF. 

Por ejemplo, los combustibles limpios son la única esperanza para descarbonizar la industria metalúrgica, la aviación o el transporte marítimo. En estos casos, almacenar la electricidad en baterías no serviría. “Los combustibles tiene mucha más densidad energética. En un litro hay la misma energía que en 50 kilos de baterías”, afirma Andrei.

Variedad de estrategias

La manera más sencilla para conseguir hidrógeno verde es sacar energía de unas placas solares (u otra fuente renovable) y ponerla en un electrolizador, que lo produce a partir del agua. “Esta técnica indirecta será la más viable en las próximas décadas”, observa Van de Krol. 

Sin embargo, acoplar estas dos tecnologías conlleva mucha pérdida de eficiencia y el uso de materiales caros. “Las hojas artificiales intentan integrar ambos conceptos desde un principio”, explica Galán. 

Estas tratan de transformar, dentro de un solo dispositivo, la energía solar en energía química - o sea, almacenar esa energía en los enlaces químicos de una sustancia. En concreto, toman la luz y otros materiales (como agua, CO2 o nitrógeno) y los convierten en una variedad de productos (como el hidrógeno).

La hoja artificial de Tarragona

La hoja artificial de A-LEAF usa luz y un suministro de agua y CO2 y produce hidrógeno y ácido fórmico. Esta sustancia actúa como almacén, al contener hidrógeno que se puede extraer sucesivamente. Lo singular del sistema es que usa materiales abundantes en la Tierra (como cobre, azufre, níquel y hierro) al contrario de los caros y raros usados en prototipos anteriores (como platino, indio y galio). 

El sistema alcanza una eficiencia alta. El 10% de la energía solar que recibe se transforma en enlaces químicos. Por poco que parezca, empieza a acercarse al rango del 20% de las placas solares comerciales, destaca Galán.

La hoja artificial de Tarragona tiene de 5 cm2 de superficie y ha producido 10 miligramos de hidrógeno verde y 425 de ácido fórmico en 10 horas de funcionamiento. Si se escalara a una superficie de un metro cuadrado generaría en el mismo tiempo la energía suficiente para cargar un móvil cuarenta veces, estima Galán. 

Perspectivas concretas

“Hemos demostrado que se puede conseguir con materiales y procesos baratos”, afirma el investigador. En ello coinciden las fuentes independientes consultadas. “Es un gran avance que demuestra que se puede fijar CO2 con una alta eficiencia con un dispositivo que no emplea materiales prohibitivos”, comenta Erwin Reisner, experto de la Universidad de Cambridge. 

No obstante, el camino hacia la industria es largo. Además de aumentar la talla y la eficiencia de las hojas artificiales, hay que conseguir que funcionen de forma estable durante mucho tiempo en las condiciones de luz y temperatura variables del mundo real, apunta Andrei. 

Además, de momento el CO2 que las alimenta no se sabe sacar de forma sistemática del aire y habría que buscarlo en fuentes puntuales, como la chimenea de una industria. “Probablemente no veamos muchas hojas artificiales alrededor nuestro hasta 2050”, constata van de Krol. 

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