Biotecnología

Los científicos han dado un paso gigante hacia energías totalmente renovables.

Los científicos del Trinity College de Dublín han dado un paso gigante para resolver un enigma que proporcionaría al mundo energía limpia y completamente renovable de la que el agua sería el único producto de desecho.

La reducción de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) de la humanidad es posiblemente el mayor desafío que enfrenta la civilización del siglo XXI, especialmente dada la creciente población mundial y las crecientes demandas de energía que conlleva.

Un faro de esperanza es la idea de que podríamos usar electricidad renovable para dividir el agua (H2O) para producir hidrógeno rico en energía (H2), que luego podría almacenarse y usarse en celdas de combustible. Esta es una perspectiva especialmente interesante en una situación en la que las fuentes de energía eólica y solar producen electricidad para dividir el agua, ya que esto nos permitiría almacenar energía para su uso cuando esas fuentes renovables no estén disponibles.

Sin embargo, el problema esencial es que el agua es muy estable y requiere una gran cantidad de energía para romperse. Una particularmente importante obstáculo para clara es la energía o «sobrepotencial» asociado con la producción de oxígeno, que es la reacción de cuello de botella en dividir el agua a los productos H2.

Aunque ciertos elementos son efectivos para dividir el agua, como el rutenio o el iridio (dos de los llamados metales nobles de la tabla periódica), estos son prohibitivamente costosos para la comercialización. Otras opciones más baratas tienden a sufrir en términos de su eficiencia y / o robustez. De hecho, en la actualidad, nadie ha descubierto catalizadores que sean rentables, altamente activos y robustos durante períodos de tiempo significativos.

Entonces, ¿cómo resuelves tal enigma? Detente antes de imaginar batas de laboratorio, anteojos, vasos de precipitados y olores extraños; Este trabajo se realizó completamente a través de una computadora.

Al reunir a químicos y físicos teóricos, el equipo de Trinity detrás del último avance combinó la inteligencia química con computadoras muy poderosas para encontrar uno de los «santos griales» de la catálisis.

El equipo, dirigido por el profesor Max García-Melchor, hizo un descubrimiento crucial al investigar las moléculas que producen oxígeno: la ciencia había subestimado la actividad de algunos de los catalizadores más reactivos y, como resultado, el temido obstáculo «sobrepotencial» ahora parece más fácil limpiar. Además, al refinar un modelo teórico aceptado durante mucho tiempo para predecir la eficiencia de los catalizadores de división de agua, han hecho que sea mucho más fácil para las personas (o supercomputadoras) buscar el elusivo catalizador de «bala verde».

El autor principal, Michael Craig, Trinity, se complace en utilizar esta idea. Él dijo: «Sabemos lo que necesitamos optimizar ahora, por lo que es solo un caso de encontrar las combinaciones correctas».

El equipo apunta ahora a utilizar la inteligencia artificial para colocar una gran cantidad de metales y ligandos abundantes en la tierra (que los unen para generar los catalizadores) en un crisol antes de evaluar cuál de las combinaciones casi infinitas produce la mayor promesa.

En combinación, lo que antes parecía un lienzo vacío ahora se parece más a una pintura por números, ya que el equipo ha establecido principios fundamentales para el diseño de catalizadores ideales.

El profesor Max García-Melchor agregó: «Dada la necesidad cada vez más apremiante de encontrar soluciones de energía verde, no es sorprendente que los científicos hayan estado buscando durante algún tiempo un catalizador mágico que nos permita dividir el agua electroquímicamente de manera rentable, Sin embargo, no es exagerado decir que antes de esa cacería era similar a buscar una aguja en un pajar. Todavía no hemos llegado a la meta, pero hemos reducido significativamente el tamaño del pajar y estamos convencido de que la inteligencia artificial nos ayudará a aspirar mucho heno restante».

También enfatizó que: «Esta investigación es enormemente emocionante por varias razones y sería increíble jugar un papel en hacer del mundo un lugar más sostenible. Además, esto muestra lo que puede suceder cuando investigadores de diferentes disciplinas se unen para aplicar su experiencia para tratar de resolver un problema que nos afecta a todos y cada uno de nosotros».

Mayor información en: Michael John Craig, Gabriel Coulter, Eoin Dolan, Joaquín Soriano-López, et al. «Universal scaling relations for the rational design of molecular water oxidation catalysts with near-zero overpotential». Nature Communications, published: 08 November 2019.

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