lunes, 11 de agosto de 2008

UNA NUEVA REVOLUCIÓN ENERGÉTICA




Daniel Nocera tiene la imagen típica del investigador científico en Ciencias Básicas. El estereotipo se cumple: es Profesor en Energía en el Instituto Tecnológico de Massachussets, el famoso MIT, es Investigador Principal en el Proyecto Solar Revolution y codirector del MIT-Solar Frontiers Center.

No es fácil llegar a estos puestos y mantenerse en ellos. Pero Nocera y Matthew Kanan, su ayudante en proceso de postdoctorado, están haciendo méritos para conservarlos: acaban de publicar, en la edición del 31 de julio de la revista Science, un proceso que promete la revolución energética que el planeta está “desesperadamente” necesitando.

Encontraron la manera económica de obtener oxígeno e hidrógeno a partir del agua. Si bien el proceso de ruptura de la molécula de agua es bastante conocido, requiere de productos químicos costosos, contaminantes y un ambiente de procesamiento altamente controlado.

Nocera y Kanan desarrollaron un catalizador, sustancias que conducen y aceleran las reacciones químicas, que puede romper la molécula de agua a temperatura ambiente y a bajo costo. El nuevo catalizador, constituido por cobalto, fósforo y un electrodo se coloca en el agua; se hace pasar una corriente eléctrica a través del electrodo, el cobalto y el fósforo forman una película delgada sobre el electrodo y se genera oxígeno gaseoso. Combinado con otro catalizador, principalmente a base de platino, se puede también producir gas hidrógeno. Se trata de la misma reacción química que se produce durante la fotosíntesis.

Como los materiales del catalizador son abundantes y baratos, y la reacción se produce a temperatura ambiente, ahora se podría utilizar la energía solar (o la energía eólica) para generar la electricidad necesaria para “cargar” al catalizador.

El proyecto tiene el siguiente esquema: durante el día mediante celdas fotovoltaicas (usando techos solares) se convierte la radiación solar en energía útil para alimentar a los aparatos hogareños; el exceso de radiación no utilizada serviría para cargar al catalizador generando oxígeno e hidrógeno, los cuales serían almacenados en recipientes especiales. Durante la noche (o en días muy nublados) los gases se recombinan en una celda de combustible para seguir generando la electricidad necesaria para mantener en funcionamiento los electrodomésticos o para recargar autos eléctricos.

En palabras de Nocera: “cada casa podría ser una usina y un surtidor de combustible; …el nuevo catalizador trabaja a temperatura ambiente, con agua a pH neutro y es muy fácil de implementar”.

Aún falta para que el nuevo desarrollo se transforme en una aplicación concreta: por el momento el catalizador sólo acepta pequeñas cantidades de corriente eléctrica. Nocera pronostica que en menos de una década, los ingenieros habrán resuelto esta limitación y el proceso será económicamente factible.

Los recursos económicos que sustentan la investigación provienen del gobierno, de la industria y, lo más interesante, de fundaciones privadas. La Chesonis Family Foundation aportó 10 millones de dólares en el proyecto. Para muchos, el aporte de dineros privados en la investigación científica básica es una cuestión que debería prohibirse. No estoy de acuerdo con esas objeciones ya que los privados no sólo deben ser “mecenas” de actividades artísticas o aportar en instituciones de bien público. También las actividades científicas, más aún cuando se trata de “salvar al planeta”, deben ser objeto de aportes financieros privados.

2 comentarios:

rodrigo dijo...

me queda la duda sobre la eficienca energetica de la reaccion y el comentario sobre la cantidad de corriente admisible, y me gustaria saber mas detalles practicos del experimento idealmente algun diagrama.

Darío Weitz dijo...

el trabajo original está en la revista Science, cuya seriedad está absolutamente fuera de discusión. Te adjunto los datos del paper, como así también el abstract correspondiente.

Originally published in Science Express on 31 July 2008
Science 22 August 2008:
Vol. 321. no. 5892, pp. 1072 - 1075
DOI: 10.1126/science.1162018
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Reports
In Situ Formation of an Oxygen-Evolving Catalyst in Neutral Water Containing Phosphate and Co2+
Matthew W. Kanan and Daniel G. Nocera*
The utilization of solar energy on a large scale requires its storage. In natural photosynthesis, energy from sunlight is used to rearrange the bonds of water to oxygen and hydrogen equivalents. The realization of artificial systems that perform "water splitting" requires catalysts that produce oxygen from water without the need for excessive driving potentials. Here we report such a catalyst that forms upon the oxidative polarization of an inert indium tin oxide electrode in phosphate-buffered water containing cobalt (II) ions. A variety of analytical techniques indicates the presence of phosphate in an approximate 1:2 ratio with cobalt in this material. The pH dependence of the catalytic activity also implicates the hydrogen phosphate ion as the proton acceptor in the oxygen-producing reaction. This catalyst not only forms in situ from earth-abundant materials but also operates in neutral water under ambient conditions.

Department of Chemistry, 6-335, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139–4307, USA.


* To whom correspondence should be addressed. E-mail: nocera@mit.edu