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18.02.2019

¿Una industria química alimentada por energía solar? Sí, pero no como lo piensas

¿Una industria química alimentada por energía solar? Sí, pero no como lo piensas

La fabricación de productos químicos representa alrededor del 10% del consumo mundial de energía y el 7% de las emisiones de efecto invernadero industrial. Los investigadores de la Universidad RMIT han desarrollado un material que puede capturar el 99% de la luz y aplicarlo directamente a las reacciones químicas de potencia, reduciendo así las emisiones y mejorando la eficiencia de los procesos actuales.

Un equipo de investigación liderado por el Profesor Asociado Daniel Gómez, un Compañero Futuro financiado por el Consejo de Investigación Australiano, publicó hoy un artículo titulado 'Síntesis orgánica de portadores calientes a través de la absorción casi perfecta de la luz' en la revista ACS Applied Energy Materials , que aborda el desafío de identificación de fuentes alternativas de energía para la fabricación química.

Los plásticos, medicamentos, fertilizantes y componentes de la electrónica (materiales que producen los colores en las pantallas digitales) se encuentran entre los productos que podrían fabricarse mediante fotocatálisis (la aplicación de luz, y pronto la luz solar) para impulsar las reacciones químicas.

'Nuestro objetivo final es utilizar esta tecnología para aprovechar la luz solar de manera eficiente y convertir la energía solar en productos químicos, con el objetivo de transformar esta industria vital en una que sea renovable y sostenible', dice Gómez.

De acuerdo con la Actualización de Energía Australiana de agosto de 2018, la producción química en Australia utiliza el 17.8% de la energía total utilizada en la manufactura, y la manufactura en sí misma representa el 17.8% de nuestro consumo total de energía. En los Estados Unidos, la fabricación de productos químicos representa el 28% de la electricidad utilizada por el sector industrial del país.

El avance del grupo RMIT se centra en mejorar las propiedades ópticas de las nanopartículas de paladio que permiten mayores tasas de absorción de luz. El paladio, un metal blanco raro y costoso, es un excelente catalizador de reacciones químicas, pero no es muy sensible a la luz. El proceso desarrollado en RMIT en colaboración con CSIRO, el Centro de Nanofabricación de Melbourne y la Universidad de Melbourne, manipula el paladio para absorber el 99% de la luz.

'Utiliza las propiedades de los materiales ópticos para suprimir la reflexión, por lo que la luz no se refleja en las superficies de las partículas, sino que se absorbe completamente', dice Gomez.

'En la energía fotovoltaica', agrega, 'se usa la luz solar para producir cargas'. En esta aplicación, 'esas cargas no dan una corriente eléctrica, en lugar de eso, inician una reacción química'.

Gómez dice que primero pensó en el proceso como una forma de producir pequeños volúmenes de productos químicos complejos utilizados por las compañías farmacéuticas en la fabricación de medicamentos. 'Mi razonamiento fue que los materiales como el paladio son caros, por lo que no me pareció realista implementar estas tecnologías para producir toneladas de hidrógeno, por ejemplo'.

De hecho, los colaboradores de CSIRO de Gomez ya están aplicando su tecnología, que requiere cantidades minúsculas, simples nanómetros, de paladio, para la producción de hidrógeno. Y también se está considerando como un posible método para la desalinización del agua: 'El calor localizado en las partículas puede llegar a ser lo suficientemente significativo como para vaporizar el agua', dice Gomez, que deja el condensado resultante sin sal.

La producción de hidrógeno está generando su propio calor este año, con el líder federal del Trabajo, Bill Shorten, quien anunció el Plan Nacional de Hidrógeno de su partido con inversiones de 1.14 mil millones de dólares prometidas para hacer de Australia un líder mundial en la industria.

El trabajo de Gomez para aprovechar la luz solar para la catálisis fotográfica no solo es eficiente en su proceso, sino en su método. Él dice que Merck, una de las compañías farmacéuticas más grandes del mundo, está utilizando con éxito el calor de los compuestos de iridio para catalizar los productos químicos, pero que los compuestos deben extraerse del producto químico procesado y luego desecharse. En el proceso de RMIT, 'los materiales tienen la forma de una película, así que una vez que hayas terminado el proceso, quitas la película, la limpias y la usas de nuevo'.

Gomez supone que, con el tiempo, algunos productos químicos pueden unirse de manera irreversible a la superficie de la película, haciéndolo menos efectivo, pero aún no se han explorado los límites de su durabilidad de enjuague y repetición.

Él dice que los próximos pasos incluyen producir de forma más económica la película de nanopartículas como tintas que se pueden pintar sobre material de respaldo como portaobjetos, para la inmersión en materias primas. Las deposiciones se producen actualmente en cámaras de vacío, que tienen un alto costo de operación. Convertirlos en sustancias para pintar, 'nos permitirá escalar de una manera que sea más barata', dice Gómez.

Mientras tanto, dice, 'nuestros socios de CSIRO están trabajando en la producción de hidrógeno'.

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