Avances en la fórmula para obtener una energía completamente renovable
Reducir las emisiones de CO2 es uno de los mayores desafíos
Científicos del Trinity College de Dublín trabajan en una fórmula que permitiría la producción futura de energía limpia y completamente renovable de la que el agua sería el único producto de desecho.
Utilizando su experiencia en química, física teórica e inteligencia artificial, el equipo ahora está afinando la fórmula con la creencia genuina de que lo aparentemente imposible algún día será realidad.
El trabajo inicial en esta área, del que se informó hace poco menos de dos años, resultó prometedor. Esa promesa ahora se ha ampliado significativamente en el trabajo que se acaba de publicar en Cell Reports Physical Science.
Reducir las emisiones de dióxido de carbono (CO2) de la humanidad es posiblemente el mayor desafío al que se enfrenta la civilización del siglo XXI, especialmente dada la creciente población mundial y la mayor demanda de energía que la acompaña.
Un rayo de esperanza es la idea de que podríamos usar electricidad renovable para dividir el agua (H2O) y producir hidrógeno (H2) verde y rico en energía, que luego podría almacenarse y usarse en celdas de combustible. Esta es una perspectiva especialmente interesante en una situación en la que las fuentes de energía eólica y solar producen electricidad para dividir el agua, ya que esto nos permitiría almacenar energía para usar cuando esas fuentes renovables no estén disponibles.
Sin embargo, el problema esencial es que el agua es muy estable y requiere una gran cantidad de energía para romperse; No tiene sentido usar mucha más energía de la que obtiene de tal esfuerzo. Un obstáculo particularmente importante que hay que superar es este “sobrepotencial” asociado con la producción de oxígeno, que es la reacción de cuello de botella al dividir el agua para producir H2.
Aunque ciertos elementos son eficaces para dividir el agua, como el rutenio o el iridio, estos son prohibitivamente caros y escasos para la comercialización mundial. Otras opciones más económicas tienden a sufrir en términos de eficiencia y / o robustez. De hecho, en la actualidad, nadie ha descubierto catalizadores que sean rentables y robustos durante períodos de tiempo significativos.
Entonces, ¿cómo resuelves ese acertijo?. Al reunir a químicos y físicos teóricos, el equipo de Trinity detrás del último avance combinó la inteligencia química con computadoras muy poderosas para encontrar uno de los “santos griales” de la catálisis.
Entonces: Hace dos años, el equipo descubrió que la ciencia había subestimado la actividad de algunos de los catalizadores más reactivos y, como resultado, el temido obstáculo del “sobrepotencial” parecía más fácil de superar. Además, al refinar un modelo teórico aceptado desde hace mucho tiempo que se utiliza para predecir la eficiencia de los catalizadores de división de agua, facilitaron mucho la búsqueda del elusivo catalizador de “bala verde”.
Sus búsquedas posteriores, realizadas mediante un enfoque combinatorio automatizado y un modelado químico cuántico avanzado, han identificado nueve combinaciones de metales y ligandos abundantes en la tierra (que los unen para generar los catalizadores) como pistas muy prometedoras para la investigación experimental.
Tres metales destacan (cromo, manganeso, hierro) para el equipo por ser especialmente prometedores. Miles de catalizadores basados en estos componentes clave ahora se pueden colocar en un crisol y evaluar sus habilidades a medida que continúa la búsqueda de la combinación mágica.
Max García-melchor, profesor de Química en Trinity, es el autor principal de la investigación: “Hace dos años, nuestro trabajo había hecho que la búsqueda del santo grial de los catalizadores pareciera un poco más manejable. Ahora, hemos dado otro gran paso adelante al reducir significativamente el área de búsqueda y acelerar la forma en que buscamos.
“Hasta hace poco buscábamos una aguja diminuta en un pajar enorme. Después de reducir el tamaño del pajar, ahora hemos recogido mucho del heno restante. Para dar una idea de la escala, hace dos años habíamos proyectado 17, ahora hemos analizado 444 y creemos que no pasará mucho tiempo antes de que tengamos una base de datos con 80.000 catalizadores detectables”, explicó en un comunicado.•