Los combustibles solares, un sueño de la investigación de la energía limpia, se crean usando sólo la luz del sol, agua y dióxido de carbono. Los investigadores han estado explorando una gama de posibilidades para obtener este deseado combustible, y una es mediante el fraccionamiento de agua.
Cada molécula de agua se compone de un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Si los átomos de hidrógeno se extraen, podrían ser utilizados para crear un gas de hidrógeno muy inflamable o combinarlo con CO2 para producir combustibles de hidrocarburos, lo que sería una fuente de energía abundante y renovable.
El problema, es que las moléculas de agua no simplemente se descomponen cuando la luz solar incide sobre ellas, si lo hicieran, los océanos no cubrirían la mayor parte del planeta, para hacerlo, se requiere de la ayuda de un catalizador de energía solar.
Durante las últimas cuatro décadas, los investigadores ha tratado de crear combustibles solares prácticos a través del desarrollo de materiales de bajo costo y eficientes que realicen la química necesaria. En este tiempo sólo se han identificado 16 materiales con propiedades foto-electrocatalíticas llamados “fotoánodos”.
Ahora, utilizando un nuevo método de alto rendimiento para identificar nuevos materiales, un equipo de investigadores dirigido por John Gregoire del Instituto de Tecnología de California (Caltech) y Jeffrey Neaton del laboratorio de Berkeley, han encontrado 12 nuevos y prometedores fotoánodos.
Los científicos combinaron enfoques experimentales y computacionales; primeramente seleccionando materiales de compuestos potencialmente útiles de una base de datos, y luego probando rápidamente los candidatos más prometedores, utilizando experimentación de alto rendimiento.
A través del análisis de cerca de 200 posibilidades, los científicos encontraron que los compuestos formados por vanadio, oxígeno y un tercer elemento, presentan una estructura electrónica altamente ajustable, con los intervalos de banda en el rango de luz visible, que singularmente favorecen la oxidación del agua.
La investigación revela cómo las diferentes opciones para este tercer elemento pueden producir materiales con diferentes propiedades, y muestra cómo afinar esas propiedades para desarrollar un mejor fotoánodo.
“Es importante destacar que hemos sido capaces de explicar el origen de su capacidad de ajuste, e identificar varios compuestos foto anódicos de vanadato, realmente prometedores; con este método prácticamente duplicamos el número de materiales conocidos que tienen potencial para su uso en la creación de combustibles solares.”, dice Neaton.
Los resultados obtenidos de este estudio resultan claves; combina las mejores capacidades habilitadas por la teoría y los superordenadores, con nuevos experimentos de alto rendimiento, para generar conocimiento científico a un ritmo sin precedentes, y ofrece una esperanza factible de cambiar el curso de la humanidad, al producir combustibles solares, lo que sería una fuente inagotable de energía limpia.