China desarrolla una batería solar que funciona como las plantas
Un grupo de científicos en China ha desarrollado un sistema de fotosíntesis artificial capaz de transformar dióxido de carbono y agua en combustible utilizando la energía del sol. El avance se basa en un material diseñado para imitar los procesos que realizan las plantas durante la fotosíntesis.
El estudio, publicado en la revista científica Nature Communications, describe un mecanismo que actúa como una batería solar capaz de almacenar electrones temporalmente. Este proceso permite optimizar las reacciones químicas necesarias para convertir el CO₂ en energía.
La investigación está liderada por instituciones vinculadas a la Academia China de Ciencias y aborda una de las principales dificultades de estos sistemas: la lentitud de la reacción de oxidación del agua. Para ello, los investigadores diseñaron un catalizador basado en trióxido de tungsteno modificado con plata.
Esta estructura capta la luz solar y gestiona el movimiento de las cargas eléctricas, lo que permite que la reducción del dióxido de carbono continúe incluso cuando la intensidad de la luz varía.
Cómo se desarrolló el material
Los investigadores diseñaron un sistema bioinspirado que funciona como un depósito temporal de carga. El material, denominado Ag/WO3, aprovecha la oscilación de valencia del tungsteno para almacenar y liberar electrones cuando recibe radiación solar.
Este proceso se basa en transiciones reversibles entre los estados W6+ y W5+, lo que permite estabilizar los electrones durante el proceso químico.
A diferencia de otros métodos utilizados hasta ahora, el dispositivo separa en el tiempo y el espacio las reacciones de oxidación y reducción. Este mecanismo permite que el sistema funcione como una batería solar interna que impulsa la producción de energía.
El diseño imita el funcionamiento de los Fotosistemas I y II, presentes en los organismos vegetales. En el sistema artificial, el trióxido de tungsteno oxida el agua y almacena temporalmente los electrones generados.
Posteriormente, estos electrones se transfieren hacia centros activos, como la ftalocianina de cobalto (CoPc), donde se produce la conversión del dióxido de carbono en monóxido de carbono (CO).
Según el estudio, esta transferencia dirigida de energía permite que el proceso sea hasta 100 veces más eficiente que el uso del catalizador por separado.
Una batería solar a escala atómica
Una de las características principales de este sistema es su capacidad de realizar procesos de «carga y descarga» a nivel atómico.
Bajo la radiación solar, el material captura electrones de corta duración y los estabiliza mediante la oscilación de valencia. Para lograrlo, los científicos incorporaron átomos individuales de plata sobre la superficie del tungsteno.
Estos átomos actúan como puentes eléctricos que facilitan el transporte de cargas hacia los puntos donde se produce la conversión del CO₂.
El dispositivo alcanza una tasa de producción de monóxido de carbono de aproximadamente 1,5 mmol por gramo y hora. Además, los experimentos mostraron una selectividad de carbono superior al 90%, lo que reduce la generación de subproductos.
Las pruebas de laboratorio también indicaron que el material mantiene su estabilidad durante 72 horas de funcionamiento continuo y a lo largo de seis ciclos de reacción.
