Investigadores de la Universidad de Linköping, Suecia, quieren convertir el dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, en combustible utilizando la energía de la luz solar. Los resultados recientes han demostrado que es posible utilizar su técnica para producir selectivamente metano, monóxido de carbono o ácido fórmico a partir del dióxido de carbono y agua.
La fotosíntesis, es utilizada por las plantas para capturar el dióxido de carbono del aire y convertirlo en combustibles químicos, como el metano, el etanol y el metanol. Conociendo esto, Jianwu Sun y sus colegas de la Universidad de Linköping intentaron replicar la reacción para convertir el dióxido de carbono en combustible renovable a partir de energía solar.
El método se encuentra actualmente en fase de investigación, según se deja ver en el comunicado de prensa de la universidad, pero se expresa que una técnica reciente en la que está involucrado el grafeno, puede hacer que la conversión de dióxido de carbono sea de manera más eficiente, el cual seria el objetivo a largo plazo de los científicos.
“Al convertir el dióxido de carbono en combustible con la ayuda de la energía solar, esta técnica podría contribuir al desarrollo de fuentes de energía renovable y reducir el impacto en el clima de los combustibles fósiles”, dice Jianwu Sun, profesor titular del Departamento de Física, Química y Biología de la Universidad de Linköping.
El grafeno es uno de los materiales más delgados que existen, consistente en una sola capa de átomos de carbono. Es elástico, flexible, transparente a la luz del sol y un buen conductor de la electricidad.
La combinación de propiedades asegura que el grafeno tiene potencial para su uso en aplicaciones como la electrónica y la biomedicina. Pero el grafeno por sí solo no es adecuado para la aplicación de conversión de la energía solar que buscan los investigadores de LiU, y por lo tanto han combinado el grafeno con un semiconductor, el carburo de silicio cúbico (3C-SiC).
Los científicos de la Universidad de Linköping han desarrollado previamente un método líder en el mundo para cultivar grafeno en carburo de silicio cúbico, que consiste en carbono y silicio. Cuando se calienta el carburo de silicio, el silicio se vaporiza, mientras que los átomos de carbono permanecen y se reconstruyen en forma de una capa de grafeno. Los investigadores han demostrado previamente que es posible colocar hasta cuatro capas de grafeno sobre cada una de ellas de manera controlada.
Han combinado el grafeno y el carburo de silicio cúbico para desarrollar un fotoelectrodo basado en grafeno que preserva la capacidad del carburo de silicio cúbico para capturar la energía de la luz solar y crear portadores de carga. El grafeno funciona como una capa conductora transparente mientras protege el carburo de silicio.
Figura 1.- Carburo de silicio cúbico en agua.
El rendimiento de la técnica basada en el grafeno está controlado por varios factores, uno de los cuales es la calidad de la interfaz entre el grafeno y el semiconductor. Los científicos han examinado las propiedades de esta interfaz en detalle. En el artículo muestran que pueden adaptar las capas de grafeno en el carburo de silicio y controlar las propiedades del fotoelectrodo basado en el grafeno. De esta manera, la conversión de dióxido de carbono se hace más eficiente, mientras que las estabilidades de los componentes son al mismo tiempo mejoradas.
El fotoelectrodo creado por los investigadores se pueden combinar con cátodos de diferentes metales, como cobre, zinc o bismuto. Se pueden formar diversas sustancias químicas, como el metano, el monóxido de carbono y el ácido fórmico, a partir del dióxido de carbono y el agua, según el cátodo que utilicen los investigadores.
“Sobre todo, mostramos que con la ayuda de la energía solar podemos controlar la conversión de dióxido de carbono en metano, monóxido de carbono o ácido fórmico”, dice Jianwu Sun.
El gas metano se usa como combustible en vehículos adaptados para combustible gaseoso. El monóxido de carbono y el ácido fórmico podrían convertirse más para servir como combustible o utilizarse en la industria.
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