La UE otorga un premio de 5 millones de euros a un equipo de investigación por aprovechar el sol para producir combustible a partir del agua – Horizon Magazine Blog
diciembre 14, 2022Suficiente luz solar llega a la tierra para satisfacer todas sus necesidades energéticas, ofreciendo la promesa de combustible barato para impulsar vehículos, máquinas e industrias pesadas.
Por alex whiting
Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Tokio ganó este mes un premio de la Unión Europea de 5 millones de euros por idear una forma novedosa de producir combustible abundante y barato a partir de la luz solar.
En la lucha por encontrar alternativas a los combustibles fósiles, la competencia de la UE tenía como objetivo acelerar el desarrollo de una de las nuevas tecnologías más prometedoras, la fotosíntesis artificial, con el espíritu de fomentar la colaboración internacional en los caminos de energía limpia más prometedores.
Gran potencial
La tecnología imita la fotosíntesis natural en la que las plantas utilizan los rayos del sol para transformar el agua en oxígeno y el dióxido de carbono en energía química en forma de glucosa.
La fotosíntesis artificial utiliza la luz solar para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno. El oxígeno se libera a la atmósfera y el hidrógeno se puede utilizar como combustible.
«La fotosíntesis artificial tiene el potencial de proporcionar una gran cantidad de combustible verde», dijo el profesor Kazunari Domen, coordinador del equipo ganador, en una entrevista después de que la Comisión Europea anunciara el premio el 5 de diciembre en Bruselas.
Compuesto por científicos de la Universidad de Tokio y la compañía energética japonesa INPEX, el equipo se encontraba entre los 22 solicitantes del premio Fuel from the Sun y llegó a una lista de tres finalistas antes de salir victorioso. Los dos finalistas fueron de Francia y Gran Bretaña.
El concurso se llevó a cabo en el marco de una iniciativa global llamada Misión Innovación, que reúne a 24 países y está impulsando actividades de investigación e inversiones en un intento por hacer que la energía limpia sea universalmente accesible y asequible.
‘El premio fue otorgado al equipo ganador por el alto grado de ingeniería e integración profesional’, dijo la Comisión.
Si la fotosíntesis artificial se puede hacer lo suficientemente barata, podría reemplazar el petróleo, el gas natural y el carbón para todo tipo de vehículos, máquinas e industrias, incluidos los productos químicos que no pueden funcionar solo con electricidad renovable.
Aunque la luz solar es abundante y gratuita, muchos de los métodos para convertirla en combustible son demasiado caros, o demasiado difíciles de escalar, para competir con los combustibles fósiles.
Prueba de motor
El prototipo de los ganadores tiene el potencial de ser barato y fácilmente escalable.
Los concursantes tenían que desarrollar un dispositivo que usara fotosíntesis artificial para crear suficiente combustible para hacer funcionar un motor pequeño. Los dispositivos se hicieron funcionar al aire libre y se probaron la cantidad de combustible que producían, su composición y su capacidad para impulsar el motor.
El sistema ganador utilizó fotocatalizadores en contacto con agua pura.
Los fotocatalizadores son partículas ultrafinas que absorben la energía del sol y provocan la división del agua. El hidrógeno resultante se combinó luego con dióxido de carbono para producir metano, que se utilizó para hacer funcionar el motor.
Debido a que los fotocatalizadores son una forma simple de convertir la luz solar en energía química, tienen la esperanza de producir hidrógeno verde de bajo costo, dijo el profesor Domen, profesor de la Universidad de Tokio y la Universidad de Shinshu.
Hidrógeno verde
El desafío del concurso fue construir un prototipo completamente funcional de un sistema basado en la fotosíntesis artificial que pueda producir un combustible sintético utilizable.
«Hasta ahora, nuestro proyecto se ha centrado en la producción de hidrógeno, pero gracias a este concurso obtuvimos información importante sobre la síntesis de combustibles ecológicos como el metano, que son más favorables para el almacenamiento y el transporte», dijo el profesor Domen.
El hidrógeno producido en el sistema ganador puede considerarse verde, dijo.
Hoy en día, el hidrógeno verde, hecho con energía renovable, incluida la solar y la eólica, representa menos del 1% del hidrógeno total producido, según la Agencia Internacional de Energía.
El costo actual de producir hidrógeno verde es tan alto que la actividad no es rentable sin el apoyo del gobierno, según el profesor Domen.
La prioridad de su equipo ahora es encontrar un fotocatalizador más eficaz.
El dispositivo ganador logró una eficiencia de alrededor del 0,6 %, lo que significa que se perdió alrededor del 99 % de la energía. Para que un combustible de este tipo sea comercialmente viable, el catalizador deberá ofrecer al menos un 5% de eficiencia, dijo el profesor Domen.
«Ya hemos encontrado varios materiales candidatos que pueden ofrecer una eficiencia del 5 % o incluso del 10 %», dijo. ‘Así que creo que podemos hacer eso en un futuro cercano’.
Obstáculos del mercado
Si tiene éxito, el equipo debería poder superar las barreras restantes para la comercialización dentro de años, en lugar de décadas, en colaboración con socios de la industria, dijo.
Un obstáculo que el profesor Domen confía en superar es el regulatorio.
Si bien la combinación de hidrógeno y oxígeno es ‘explosiva’, dijo, ‘sabemos cómo manejar la mezcla de manera segura’.
Otro obstáculo es desarrollar reactores baratos y mejorar la separación del hidrógeno de la mezcla.
Si tiene éxito, las plantas de producción final comprenderán recipientes muy delgados de agua y fotocatalizadores, que se exponen a la luz solar.
Para el año 2050, sería necesario construir unas 10 000 plantas, cada una con una superficie de 25 kilómetros cuadrados, para satisfacer un tercio de las necesidades energéticas del mundo, según el profesor Domen.
Perspectivas de ganancias
«Muchas personas de la industria me dijeron que si pueden ganar dinero, entonces 10 000 plantas no son imposibles», dijo. «Realmente depende de si pueden ganar dinero o no».
Mientras tanto, mientras su equipo se apresura a encontrar un fotocatalizador más efectivo, el profesor Domen dice que el premio Fuel from the Sun ayudará a convertir a los escépticos del método en defensores del mismo.
«La mayoría de la gente no cree que los fotocatalizadores funcionen», dijo.
Este artículo se publicó originalmente en Horizon, la revista de investigación e innovación de la UE.
COMBUSTIBLE DEL SOL FINALISTAS
Los dos finalistas del premio «Combustible del Sol» fueron la Comisión de Energía Atómica y Energías Alternativas con sede en Francia, también conocida como CEA, y la Universidad de Cambridge en el Reino Unido.
Los siguientes son comentarios hechos por representantes de dos concursantes en la ceremonia de premiación del 5 de diciembre:
CEA
«Estamos muy contentos de haber sido parte de este proyecto tan emocionante relacionado con la crisis ambiental».
‘Me gustaría felicitar a los demás concursantes y, por supuesto, al ganador del premio. Estamos realmente impacientes por descubrir más sobre la tecnología que ha desarrollado y, por supuesto, estamos abiertos a la colaboración. Y tenemos investigadores jóvenes que también están abiertos a oportunidades en estos temas.’
Universidad de Cambridge
«Realmente nos empujó a desarrollar estas tecnologías mucho más rápido de lo que lo hubiéramos hecho de otra manera».
‘Muchas felicidades al equipo japonés, un ganador muy merecido. Todos hemos estado siguiendo su trabajo durante muchos, muchos años, es muy impresionante. Pero también al equipo francés muchas felicidades. Estamos muy contentos de haber estado en el barco contigo y luchar por el premio.’
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