Científicos desarrollaron por primera vez una sola molécula que puede absorber energía de todo el espectro visible de la luz, lo que significa que puede atrapar más de 50% adicional de energía que las células solares actuales.
Adicionalmente, puede actuar como catalizador para transformar la energía solar en hidrógeno, una alternativa limpia de energía para usos tales como vehículos potenciados a gas.
El equipo que realizó el descubrimiento estuvo liderado por Claudia Turro, PhD, profesora de química en la Universidad Estatal de Ohio en el Centro de Dinámica Química y Biofísica.
“La idea es que podemos usar fotones del sol y transformarlos en hidrógeno. Para hacerlo más simple, estamos guardando energía solar y almacenándola en uniones químicas para poder usarla posteriormente,” dijo Turro.
Los fotones son partículas elementales para que el sol pueda crear energía. Los investigadores han demostrado, por primera vez, que es posible recolectar energía de todo el espectro visible de la luz solar, incluyendo la de baja energía como el infra-rojo, una parte del espectro solar que antes era difícil de recolectar y transformar de manera eficiente y rápida en hidrógeno. Hidrógeno es un combustible limpio, lo que significa que no produce carbono o dióxido de carbono como desecho después de su uso.
“Lo que hace que funcione es que es el sistema puede hacer que la molécula esté en un estado alterado, en dónde absorbe los fotones y puede almacenar dos electrones para hacer hidrógeno,” dijo Turro. “Este almacenamiento de los dos electrones en una sola molécula se deriva de los dos fotones, y al usarlos en conjunto para hacer hidrógeno es algo sin precedentes.”
Convertir la energía solar en, combustible, para un auto por ejemplo, primero requiere un mecanismo de recolección de dicha energía Después esa energía es convertida en combustible. La conversión requiere algo conocido como catalizador, un acelerador de la reacción química, permitiendo la conversión de energía solar en energía útil como el hidrógeno.
Intentos previos de recolectar energía solar y convertirla en hidrógeno se han centrado en las ondas largas de energía como los rayos ultravioletas, por ejemplo.
Anteriormente también han dependido de los catalizadores provenientes de dos o más moléculas, que intercambian electrones (energía) mientras hacen combustible de la energía solar. Pero en este intercambio se pierde energía, haciendo que estos sistemas multi-moléculas menos eficientes.
Los pocos intentos que dependen de catalizadores de una sola molécula también eran ineficientes, mencionó Turro. Parte porque no recolectaban energía de todo el espectro visible de la luz solar y por otra parte porque los catalizadores en sí se degradaban rápidamente.
El equipo de investigación de Turro descubrió como hacer un catalizador de una sola molécula – una forma del elemento rodio- lo que significa que menos energía se pierde. Adicionalmente, ellos descubrieron como recolectar energía de la frecuencia infrarroja y ultravioleta, es decir el espectro visible completo. El sistema que ha diseñado este equipo de investigación es aproximadamente 25 veces más eficiente con luz de baja onda cerca del infrarrojo que los sistemas previos que usaban una sola molécula con protones ultravioleta de acuerdo al estudio.
En este estudio, los investigadores usaron luz LED para brillar luz en la solución de ácido que contenía la molécula activa. Cuando lo hicieron encontraron que se producía hidrógeno.
Antes de que estos descubrimientos se puedan trasladar a aplicaciones en la vida real, se tiene que hacer mucho más aún, dijo Turro. El rodio es un metal raro y producir catalizadores de este compuesto tiene un alto costo. El equipo está trabajando en hacer que esta molécula produzca hidrógeno de duración más prolongada y en crear un catalizador de materiales más asequibles.
Reimpreso de Ohio State University
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– Traducido al español por Aletheia Jurado