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Científicos logran reacciones muy novedosas para conseguir el combustible del futuro

02/07/2009

En efecto, los científicos del Instituto Max Planck lo han logrado extraer del agua irradiándola con luz solar y utilizando nitruro de carbono como un fotocatalizador barato.

FUENTE – Ecoticias – 01/07/09

Segun el http://www.lne.es,- La fotosíntesis, que permite a los vegetales fijar la energía solar y crecer, podría ser también un importante factor de producción de hidrógeno, el combustible limpio, considerado como la opción más prometedora para las próximas décadas. Eso se deduce de las investigaciones realizadas paralelamente en el departamento de Biología Vegetal del Instituto Carnegie, en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable y en la Escuela de Minas de Colorado, todos de EE UU. Asimismo, radiando agua con luz solar científicos alemanes están empezando a obtener hidrógeno en proporciones significativas industrialmente.

La clave radica en un alga unicelular, productora de hidrógeno, denominada «Chlamydomonas reinhardtii». La novedad consiste en el descubrimiento de una vía desconocida de fermentación, que podría abrir nuevas posibilidades de aumentar la producción de hidrógeno.

El alga en cuestión habita comúnmente en los suelos y produce de forma natural pequeñas cantidades de hidrógeno cuando se la priva del oxígeno. Como la levadura y otros microbios, bajo condiciones anaerobias, esta alga genera su energía a partir de la fermentación.

Durante esos procesos se libera hidrógeno a través de la acción de una enzima llamada hidrogenasa, que se activa mediante electrones generados por la descomposición de compuestos orgánicos o también por el agua a través de la fotosíntesis.

En condiciones estables, sólo una pequeña fracción de los electrones interviene en la generación de hidrógeno. Sin embargo, de acuerdo al objetivo principal de las más avanzadas investigaciones sobre el alga, es posible desarrollar mecanismos que incrementen la producción con lo que aumentaría la obtención de hidrógeno libre.

En el nuevo estudio, los investigadores del Instituto Carnegie, del Laboratorio Nacional de Energía Renovable y de la Escuela de Minas de Colorado examinaron los procesos metabólicos de una cepa mutante que no era capaz de formar la hidrogenasa de forma activa.

Los científicos ignoraban que esta vía de fermentación metabólica existía en las algas hasta que generaron la cepa mutante.

Este descubrimiento sugiere que existe una flexibilidad significativa en la forma en que las algas verdes terrestres pueden metabolizar el carbono bajo condiciones anaerobias. Bloquear o modificar algunos de estos procesos metabólicos permitiría a los investigadores aumentar la cantidad de electrones cedidos a la hidrogenasa bajo condiciones anaerobias y producir entonces altos niveles de hidrógeno.

El hidrógeno es una fuente de energía potencialmente capaz de sustituir a los combustibles fósiles de manera que puede reducir en gran medida la emisión de gases con efecto invernadero. Los defensores de la producción de hidrógeno de las algas señalan que, a diferencia del etanol producido a partir de cultivos agrícolas, su método no implicaría entrar en competencia con la producción de alimentos -hace dos años se produjo una crisis alimentaria mundial por esa causa- ya que no necesita utilizar las tierras agrícolas usadas por los cultivos alimenticios.

Las esperanzas energéticas depositadas en el hidrógeno se han visto reforzadas no solo por las nuevas posibilidades del alga «Chlamydomonas reinhardtii». Recientes estudios realizados por científicos del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces, en Alemania, han encontrado una forma simple y barata de producirlo.

En efecto, los científicos del Instituto Max Planck lo han logrado extraer del agua irradiándola con luz solar y utilizando nitruro de carbono como un fotocatalizador barato. Hasta ahora, esta reacción había requerido el concurso de compuestos de organometales y semiconductores inorgánicos combinados con metales preciosos muy caros, como el platino.

El hidrógeno se considera la fuente de energía del futuro. Hay alrededor de tres veces más energía en un kilogramo de hidrógeno que en un kilogramo de petróleo crudo. Además, generar energía a partir del hidrógeno, por ejemplo en células de combustible, no libera sustancias contaminantes, sólo agua. Sin embargo, el hidrógeno sólo se encuentra en la Tierra en compuestos como el agua. El hidrógeno debe estar en su forma pura para obtener energía efectivamente, y para que su uso resulte rentable debe, asimismo, ser producido con fuentes de energía renovables como la luz solar.

Los científicos del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces han tenido éxito a la hora de avanzar en esa dirección con, sorprendentemente, uno de los polímeros que los químicos conocen desde hace más tiempo. En efecto, los investigadores utilizaron nitruro de carbono, fabricado por primera vez por Justus Liebig en 1834, para crear hidrógeno a partir de agua con ayuda de la luz solar.

La novedad en relación al nitruro de carbono es que resulta estable en el agua, incluso bajo condiciones alcalinas o ácidas extremas y es muy fácil y barato de producir.

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Fotosíntesis artificial con células solares

03/06/2009

Científicos españoles han conseguido aumentar la eficiencia de un tipo de célula fotovoltaica que imita la fotosíntesis introduciendo sales iónicas.

fotosintesis

FUENTE – Jumanjisolar – 02/06/09

Científicos de la Universidad Pablo de Olavide (UPO) de Sevilla, encabezados por el profesor del Departamento de Sistemas Físicos, Químicos y Naturales Juan Antonio Anta, trabajan en la optimización de un tipo de célula fotovoltaica (célula de Grätzel), que imita de forma artificial el proceso de la fotosíntesis, dentro del proyecto Consolider HOPE (Dispositivos optoelectrónicos y fotovoltaicos híbridos para energía renovable), proyecto financiados por el Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN).

En un comunicado, la universidad apuntó que las células de Grätzel son dispositivos fotovoltaicos que aprovechan la interacción de un semiconductor estructurado con unas dimensiones inferiores al nanómetro y un colorante orgánico que hace las veces de captador solar.

Este colorante, según señaló Elena Guillén, miembro del grupo Coloides y Celdas Solares Nanoestructuradas de la UPO, “puede ser tanto sintético como natural, e incluso permite el uso de la clorofila para este tipo de células”.

Así, los investigadores de la UPO han iniciado un estudio con el que pretenden “mejorar” la eficiencia de estos componentes orgánicos (basados en eosina o mercurocromo) con la introducción de sales iónicas, los conocidos como disolventes verdes, “buscando evitar la evaporación de los compuestos líquidos y la consecuente pérdida de eficiencia”.

Las sales iónicas, según estudios previos, son menos volátiles. Y es esta característica la que el grupo encabezado por el profesor Anta pretende explotar. “Pese a su estado líquido, este tipo de disolventes presenta una viscosidad alta, por lo que en los próximos meses vamos a seguir con el estudio trabajando en distintas alternativas dentro de los líquidos iónicos, su síntesis, etc.”, señaló Elena Guillén

Pros y contras de la nueva generación

Aunque ya están puestas a la venta algunas células solares de tercera generación (por ejemplo, para la recarga de teléfonos móviles), su utilización práctica es “anecdótica”, según los investigadores.

Sin embargo, por sus características de flexibilidad y variedad de colores y formas, el futuro de estas celdas está en nuevos nichos de mercado que pasan por la decoración o por su uso en ventanas de colores que, mientras dejan pasar la luz, aprovechan para generar electricidad.

Por otro lado, a la rápida recuperación del coste energético de la producción -se estima que en un año de uso- se le suma un bajo coste con respecto a los materiales. “Lo orgánico, normalmente, suele ser más barato”, afirmó la investigadora, pese a que aún se sigue trabajando en la búsqueda de un colorante orgánico alternativo al usado actualmente, derivado del rutenio.

“La paradoja está en que si usas estas celdas porque su punto competitivo frente al silicio es que son más baratas y ampliamente disponibles, pero utilizas como colorante uno basado en material precioso, ¿cuál es la ventaja?”, apuntó Elena Guillén.

Por el contrario, los investigadores encuentran que es “una tecnología relativamente nueva” -se inventó en 1991 este tipo de celda- a la que todavía le queda mucho para desarrollarse. Además, el máximo de eficiencia en un laboratorio sólo del 11%, que es competitivo, pero cuando se extrapola a escala industrial, disminuye.

El principal reto tecnológico actualmente está en el problema de la degradación de las celdas. “Si usas un colorante orgánico, éste puede degradarse por la acción de la luz solar, disminuyendo su periodo de vida con respecto a las celdas de silicio. Por otra parte, en nuestro grupo trabajamos en uno de los aspectos fundamentales de la mejora de la estabilidad de las celdas: evitar el uso de medios líquidos que puedan presentar problemas de evaporación, entre otros, donde nuestra apuesta, como hemos comentado, está en las sales iónicas”, subrayó la investigadora.

Viviendas que imitan a las plantas

04/05/2009
Viviendas que imitan a las plantas
Un sistema inspirado en la fotosíntesis abastece de energía a una casa con sólo cinco litros de agua al día
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NUÑO DOMÍNGUEZ – BOSTON – 04/05/2009 09:00
Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, ha desarrollado un sistema, basado en la fotosíntesis de las plantas, que permite abastecer de energía a una vivienda a través de la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno. El responsable del equipo, el profesor de química Daniel Nocera, afirma que mediante su sistema bastan cinco litros de agua para dotar de energía un hogar durante todo el día sin emitir ni un soplo de CO2.
El proceso pretende paliar la inconstancia de la energía solar y las dificultades para almacenarla, y se basa en la transformación de parte de esa energía en un combustible que pueda almacenarse y usarse a voluntad. Nocera está convencido de que el hidrógeno es el candidato perfecto.
Su idea consiste en usar parte de la electricidad que generan los paneles solares durante el día para descomponer agua, en un proceso que emula a la fotosíntesis. Para recrear este proceso, Nocera usa dos recipientes con agua a los que añade fosfato y cobalto. Después, introduce dos electrodos y deja pasar una corriente eléctrica que reordena los átomos de agua. El sistema genera burbujas de oxígeno en un electrodo y de hidrógeno en el otro. Ambos gases se podrían almacenar en tanques separados y usarse en una pila de combustible para producir electricidad cuando no luzca el sol. “Si me das cinco litros de agua y los convierto en hidrógeno y oxígeno, generaré suficiente energía para abastecer ese hogar y recargar la batería eléctrica de un coche para todo el día”, mantiene.
Aunque hacer esto no supone ningún misterio con la tecnología actual, el proceso requiere mucha energía y materiales caros como el platino. El sistema de Nocera emplea dos tercios de energía menos que el método habitual, no emite gas contaminante y no necesita platino. “Este sistema cuesta sólo unos céntimos”, señala el investigador, que publicó los detalles de su invento en un número especial de Science sobre el hidrógeno como combustible.
Pero el sistema de Nocera ha sido también objeto de críticas ya que, como advierte su colega de la Universidad de Carolina del Norte Thomas Meyer, el químico del MIT ha demostrado el sistema con energía eléctrica convencional, no con la solar. Además, aún carece de un método rentable para almacenar y utilizar el hidrógeno como combustible. “El concepto es muy sugerente, pero no está ni mucho menos a la vuelta de la esquina”, advierte. Nocera, sin embargo, espera comercializadr el sistema en unos ocho años.

Un sistema inspirado en la fotosíntesis abastece de energía a una casa con sólo cinco litros de agua al día

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FUENTE – Público – 04/05/09

Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, ha desarrollado un sistema, basado en la fotosíntesis de las plantas, que permite abastecer de energía a una vivienda a través de la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno. El responsable del equipo, el profesor de química Daniel Nocera, afirma que mediante su sistema bastan cinco litros de agua para dotar de energía un hogar durante todo el día sin emitir ni un soplo de CO2.

El proceso pretende paliar la inconstancia de la energía solar y las dificultades para almacenarla, y se basa en la transformación de parte de esa energía en un combustible que pueda almacenarse y usarse a voluntad. Nocera está convencido de que el hidrógeno es el candidato perfecto.

Su idea consiste en usar parte de la electricidad que generan los paneles solares durante el día para descomponer agua, en un proceso que emula a la fotosíntesis. Para recrear este proceso, Nocera usa dos recipientes con agua a los que añade fosfato y cobalto. Después, introduce dos electrodos y deja pasar una corriente eléctrica que reordena los átomos de agua. El sistema genera burbujas de oxígeno en un electrodo y de hidrógeno en el otro. Ambos gases se podrían almacenar en tanques separados y usarse en una pila de combustible para producir electricidad cuando no luzca el sol. “Si me das cinco litros de agua y los convierto en hidrógeno y oxígeno, generaré suficiente energía para abastecer ese hogar y recargar la batería eléctrica de un coche para todo el día”, mantiene.

Aunque hacer esto no supone ningún misterio con la tecnología actual, el proceso requiere mucha energía y materiales caros como el platino. El sistema de Nocera emplea dos tercios de energía menos que el método habitual, no emite gas contaminante y no necesita platino. “Este sistema cuesta sólo unos céntimos”, señala el investigador, que publicó los detalles de su invento en un número especial de Science sobre el hidrógeno como combustible.

Pero el sistema de Nocera ha sido también objeto de críticas ya que, como advierte su colega de la Universidad de Carolina del Norte Thomas Meyer, el químico del MIT ha demostrado el sistema con energía eléctrica convencional, no con la solar. Además, aún carece de un método rentable para almacenar y utilizar el hidrógeno como combustible. “El concepto es muy sugerente, pero no está ni mucho menos a la vuelta de la esquina”, advierte. Nocera, sin embargo, espera comercializadr el sistema en unos ocho años.

Investigan celdas solares que imitan la actividad de la fotosíntesis en las plantas

17/03/2009

A mediados de los años 1880, Charles Fritts fabricó la primera célula solar formada por selenio recubierto con una fina capa de oro y con una eficiencia del 1%. Sin embargo, no fue hasta 1954 cuando los Laboratorios Bell descubrieron accidentalmente la que sería la primera célula solar comercial, con el silicio como base. Desde entonces, la tecnología de las celdas solares ha evolucionado mucho y, hoy por hoy, el futuro pasa por las celdas ‘fotosintéticas’, un sistema que imita la actividad de la clorofila en las hojas de las plantas. En esta línea trabaja el grupo Coloides y Celdas Solares Nanoestructuradas encabezado por Juan Antonio Anta y compuesto por Elena Guillén, Pablo González, Jesús Idígoras y Thomas Berger, de Universidad Pablo de Olavide.

fotosintesis

FUENTE  – Biodisol – 17/03/08
Actualmente coexisten en los laboratorios de investigación tres generaciones diferenciadas de células solares, que aportan distintas soluciones a un mismo problema: usar el sol como fuente de energía renovable. Las más extendidas, las de silicio, fueron las primeras en llegar al mercado y son también las más avanzadas desde un punto de vista técnico, por su larga trayectoria.
Una prueba de ello es que, pese a haber cumplido los 54 años, todavía se sigue trabajando con ellas. En este sentido, lo más novedoso es la obtención del llamado “silicio negro” por parte de investigadores de la Universidad de Hardvard, que permitirá fabricar células solares con una sensibilidad a la luz, según estimaciones, de entre 100 y 500 veces superior al silicio normal.
El segundo paso que se ha dado en esta materia son las células de película delgada. Continuando con el uso de materiales inorgánicos, donde destaca de nuevo el silicio en distintas variantes, estas placas presentan hasta ahora una eficiencia sensiblemente menor que la anterior generación, pero cuentan con un buen rendimiento en el espacio.
No obstante, la línea más actual abierta en este campo apuesta por el uso de materiales orgánicos. Y es que la dificultad de obtener los elementos inorgánicos con la calidad necesaria para servir como material fotovoltaico, hace estos dispositivos demasiado caros. Por ello, desde la Universidad Pablo de Olavide se está trabajando en el marco de varios proyectos, entre ellos el Consolider HOPE del Ministerio de Ciencia e Innovación, en la optimización de la llamada célula de Grätzel, que imita de manera artificial el fenómeno de la fotosíntesis y tiene, según pruebas realizadas por distintos laboratorios, una eficiencia del 11%.
A grandes rasgos, las células de Grätzel son dispositivos fotovoltaicos introducidos a inicios de los años 90, que aprovechan la combinación de un semiconductor nanoestructurado (dióxido de titanio, principalmente) y un colorante orgánico que hace las veces de captador de luz solar. Este colorante, según señala Elena Guillén, puede ser tanto sintético como natural, e incluso permite el uso de la clorofila en este tipo de células.
Apuesta por las sales iónicas
“En los últimos meses hemos trabajado con colorantes como la eosina o el mercurocromo, derivados del xanteno, un compuesto orgánico heterocíclico; sin embargo ahora nos estamos centrando en una línea distinta, que tiene como base los líquidos iónicos, los conocidos disolventes verdes”, apunta la investigadora.
Este cambio de objeto de investigación se debe a que, además de encontrar el colorante más adecuado, un aspecto importante a abordar en este tipo de tecnología es el problema de la evaporación de los compuestos líquidos en las células. Para esto, el grupo encabezado por el profesor Anta está trabajando con distintos tipos de sales iónicas que presentan la característica de no evaporarse a temperatura ambiente.
“Pese a su estado líquido, este tipo de disolventes presenta una viscosidad alta, por lo que en los próximos meses vamos a seguir con el estudio trabajando en distintas alternativas dentro de los líquidos iónicos, su síntesis, etc.” señala Elena Guillén.
Pros y contras de la nueva generación
Aunque ya están puestas a la venta algunas células solares de tercera generación (por ejemplo, para la recarga de teléfonos móviles), su utilización práctica es anecdótica, según los investigadores. Sin embargo, por sus características de flexibilidad y variedad de colores y formas, el futuro de estas celdas está en nuevos nichos de mercado que pasan por la decoración o por su uso en ventanas de colores que, mientras dejan pasar la luz, aprovechan para generar electricidad.
Por otro lado, a la rápida recuperación del coste energético de la producción -se estima que en un año de uso- se le suma un bajo coste con respecto a los materiales. “Lo orgánico, normalmente, suele ser más barato”, afirma la investigadora, pese a que aún se sigue trabajando en la búsqueda de un colorante orgánico alternativo al usado actualmente, derivado del rutenio. “La paradoja está en que, si usas estas celdas porque su punto competitivo frente al silicio es que son más baratas y ampliamente disponibles, pero utilizas como colorante uno basado en material precioso, ¿cuál es la ventaja?” apunta Elena Guillén.
Por otro lado, en el apartado de las desventajas, los investigadores encuentran que es una tecnología relativamente nueva -se inventó en el año 91 este tipo de celda- a la que todavía le queda mucho para desarrollarse. Además, el máximo de eficiencia en un laboratorio es del 11%, que es competitivo, pero cuando se extrapola a escala industrial, disminuye.
Sin embargo, el principal reto tecnológico actualmente está en el problema de la degradación de las celdas. “Si usas un colorante orgánico, éste puede degradarse por la acción de la luz solar, disminuyendo su periodo de vida con respecto a las celdas de silicio. Por otra parte, en nuestro grupo trabajamos en uno de los aspectos fundamentales de la mejora de la estabilidad de las celdas: evitar el uso de medios líquidos que puedan presentar problemas de evaporación, etc., donde nuestra apuesta, como hemos comentado, está en las sales iónicas”, subraya la investigadora.