fotosíntesis artificial
La fotosíntesis artificial es un proceso químico que bioimita el proceso natural de la fotosíntesis para convertir la luz solar , el agua y el dióxido de carbono en carbohidratos y oxígeno . El término fotosíntesis artificial se usa comúnmente para referirse a cualquier esquema para capturar y almacenar la energía de la luz solar en los enlaces químicos de un combustible (un combustible solar ). La división fotocatalítica del agua convierte el agua en hidrógeno y oxígeno y es un tema de investigación importante de la fotosíntesis artificial. Reducción de dióxido de carbono impulsada por la luzes otro proceso estudiado que replica la fijación natural de carbono .
La investigación en este tema incluye el diseño y montaje de dispositivos para la producción directa de combustibles solares, la fotoelectroquímica y su aplicación en celdas de combustible, y la ingeniería de enzimas y microorganismos fotoautótrofos para la producción de biocombustibles microbianos y biohidrógeno a partir de la luz solar.
La reacción fotosintética se puede dividir en dos semirreacciones de oxidación y reducción , ambas esenciales para producir combustible . En la fotosíntesis de las plantas, las moléculas de agua se fotooxidan para liberar oxígeno y protones. La segunda fase de la fotosíntesis de las plantas (también conocida como ciclo de Calvin-Benson ) es una reacción independiente de la luz que convierte el dióxido de carbono en glucosa (combustible). Los investigadores de la fotosíntesis artificial están desarrollando fotocatalizadores que pueden realizar ambas reacciones. Además, los protones resultantes de la división del agua se pueden utilizar para la producción de hidrógeno. Estos catalizadoresdebe ser capaz de reaccionar rápidamente y absorber un gran porcentaje de los fotones solares incidentes . [1]
Mientras que la energía fotovoltaica puede proporcionar energía directamente de la luz solar, la ineficiencia de la producción de combustible a partir de electricidad fotovoltaica (proceso indirecto) y el hecho de que la luz solar no sea constante a lo largo del día limita su uso. [2] [3] Una forma de usar la fotosíntesis natural es para la producción de un biocombustible , que es un proceso indirecto que adolece de una baja eficiencia de conversión de energía (debido a la propia baja eficiencia de la fotosíntesis para convertir la luz solar en biomasa), el costo de cosecha y transporte del combustible, y conflictos debido a la creciente necesidad de masa de tierra para la producción de alimentos. [4] El propósito de la fotosíntesis artificial es producir un combustible a partir de la luz solar que se pueda almacenar convenientemente y utilizar cuando la luz solar no esté disponible, mediante el uso de procesos directos, es decir, para producir un combustible solar . Con el desarrollo de catalizadores capaces de reproducir la mayor parte de la fotosíntesis, el agua y la luz solar serían, en última instancia, las únicas fuentes necesarias para la producción de energía limpia. El único subproducto sería el oxígeno, y la producción de un combustible solar tiene el potencial de ser más barata que la gasolina. [5]
Un proceso para la creación de un suministro de energía limpio y asequible es el desarrollo de la división fotocatalítica del agua bajo la luz solar. Este método de producción sostenible de hidrógeno es un objetivo importante para el desarrollo de sistemas de energía alternativa . [6] También se prevé que sea una de las formas más eficientes, si no la más eficiente, de obtener hidrógeno del agua. [7] La conversión de la energía solar en hidrógeno a través de un proceso de división del agua asistido por catalizadores fotosemiconductores es una de las tecnologías más prometedoras en desarrollo. [8] Este proceso tiene el potencial de generar grandes cantidades de hidrógeno de una manera ecológicamente racional. [ cita requerida] La conversión de la energía solar en un combustible limpio (H 2 ) en condiciones ambientales es uno de los mayores retos a los que se enfrentan los científicos en el siglo XXI. [9]
En general, se reconocen dos métodos para la construcción de celdas de combustible solar para la producción de hidrógeno: [10]
