Combustibles renovables a partir de luz solar y CO2

Imitar el proceso natural de la fotosíntesis es una opción muy ilusionante con vistas a satisfacer la demanda energética mundial, cada vez mayor, y frenar a la vez el cambio climático. La fotosíntesis artificial constituiría un método con el que captar la energía procedente del Sol y almacenarla para su uso posterior.

Esta fotosíntesis artificial, que supone un intento por construir sistemas que imiten procesos de la naturaleza, se sustenta en el uso de catalizadores para la oxidación del agua y la reducción de H+/CO2, y de una sustancia fotosensibilizadora que impulsa todo el proceso. En el marco de PHOTOCO2 (Photocatalytic reduction of carbon dioxide into fuels), un equipo de científicos creó un fotocátodo eficaz que consta de una sustancia fotosensibilizadora, un soporte para un semiconductor y catalizador reductor de H+/CO2. El objetivo era estudiar la cinética de transferencia interficial de electrones en sistemas híbridos compuestos de catalizadores moleculares para la reducción de protones o CO2, inmovilizados sobre semiconductores nanoestructurados.

La reducción fotocatalítica de H2 empleando catalizadores moleculares se puede lograr mediante catalizadores que reciban electrones de un fotosensibilizador excitado con la energía adecuada. Para ensayar la reducción de H2, los científicos sensibilizaron las nanopartículas del semiconductor de dióxido de titanio (TiO2) y un catalizador molecular dotado de un tinte a base de rutenio. Con este sistema se puede producir H2 en agua y en presencia de un donante de electrones con un rendimiento cuántico de hasta un diez por ciento. Se demostró que la atenuación oxidativa o reductora del tinte posibilita la transferencia de electrones del fotosensibilizador al catalizador molecular.

Después de los estudios de reducción protónica, el equipo acopló un catalizador que contenía grupos ciclam con grupos de ácidos carboxílicos y lo depositó sobre un semiconductor a fin de demostrar la reducción de CO2. La transferencia de electrones se aceleró.

Al depositar el catalizador Re(bpy)(CO)3L sobre la superficie del semiconductor de TiO2, los científicos observaron que la eficiencia en la catalización de la reducción de CO2 se multiplicó por diez. También se efectuaron comparaciones entre el acople de los catalizadores moleculares a nanopartículas de TiO2 o bien de nanopartículas metálicas.

El equipo científico realizó estudios pioneros con los que determinaron los factores que rigen la eficiencia en sistemas híbridos de catalizador y semiconductor. Dado que la reducción de CO2 depara sustancias químicas de gran valor —como metanol, convertible a combustible—, los resultados de este proyecto invitan a ser optimistas en cuanto a la perspectiva de generar combustible de manera artificial a partir de la energía solar.