Desarrollan célula que transforma la luz en combustible
Por Verenise Sánchez
México, DF. 3 de junio de 2015 (Agencia Informativa Conacyt).- Con el apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), Ana Korina Díaz García desarrolla en la Universidad de Alicante, España, una célula tándem que convierte la luz solar en hidrógeno y otros combustibles.
En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, la estudiante de Doctorado en Ciencia de Materiales indicó que se trata de una célula –hecha de vidrio y cuarzo– conformada por un fotocátodo y un fotoánodo que se encarga de hacer el proceso de fotosíntesis de manera artificial, para la transformación de energía luminosa en energía química.
Este trabajo, que aún está en la fase de desarrollo, es importante porque contribuye al aprovechamiento de energías alternas, como la solar, manifestó la becaria del Conacyt.
Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿En qué consiste tu proyecto Células tándem fotoelectroquímicas para la generación de hidrógeno y otros combustibles solares?
Ana Korina Díaz García (AKDG): El objetivo principal es obtener la primera célula tándem estable de óxidos depositados como capas finas sobre sustratos transparentes, tales como óxido de estaño dopado con flúor (FTO, por sus siglas en inglés).
Dicha unidad fotoelectroquímica está compuesta por un fotocátodo y un fotoánodo, ambos sensibles a la luz, los cuales absorben los fotones para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis artificial.
Existen varios retos, el principal radica en encontrar un fotocátodo estable y con buena respuesta, el cual ya he encontrado y estudiado. Se trata de un óxido ternario perteneciente a la familia de las delafositas, el CuCrO2.
Este fotocátodo es estable en todo el rango de pH, lo cual le confiere gran versatilidad para trabajar con diferentes fotoánodos. Además, no se tiene el problema de fotocorrosión.
AIC: ¿Cómo son estas células tándem?
AKDG: La idea es que sea un dispositivo similar a una planta, teóricamente hablando. Es decir, que sea un dispositivo que con solamente absorber la luz del sol transforme la energía luminosa (fotones) en 
energía química (hidrógeno y otros combustibles solares), sin necesidad de aplicar un potencial externo.
Para esto, se ha pensado en una célula fotoelectroquímica construida de vidrio y cuarzo, con dos compartimentos (uno para el fotocátodo y otro para el fotoánodo) unidos por una membrana.
El prototipo que se desarrolló tiene estos compartimentos, donde cada uno tiene una altura aproximada de ocho centímetros (cm) y un diámetro de 3.5 cm.
Recordemos que estamos en la fase laboratorio, donde todo es a pequeña escala.
AIC: ¿Cómo funciona?
AKDG: Si se parte de la idea básica de que si a un semiconductor se le hace incidir un haz de luz con una energía mayor a su band gap, se logra excitar un electrón de la banda de valencia y puede ser llevado a la banda de conducción. De esta manera se genera un hueco en la banda de valencia y se tiene un electrón en la banda de conducción.
Para el caso del fotocátodo, los electrones se transferirán a la disolución en la que estará sumergido el material y llevarán a cabo la reacción de reducción del agua a hidrógeno.
Por su parte, en el fotoánodo serán los huecos los que se transferirán a la disolución y llevará a cabo la oxidación de agua a oxígeno.
AIC: ¿Qué impacto tiene este desarrollo que propones?
AKDG: El impacto es importante para la humanidad debido a que se obtendría una alternativa para sustituir a los combustibles fósiles.
AIC: Además de hidrógeno, ¿qué otros combustibles se pueden generar?
AKDG: En primera instancia se generan hidrógeno y oxígeno. Sin embargo, los materiales investigados para la célula tándem también sirven para la reducción de dióxido de carbono (CO2) que, con base en la literatura, los productos suelen ser el ácido fórmico, el metanol y el metano.
AIC: ¿Cuál será la capacidad de producción de hidrógeno del equipo?
AKDG: Aún no sabemos la capacidad de producción de hidrógeno pues no hemos llegado a esa etapa.
AIC: ¿Cuándo se podría comercializar esta innovación?
AKDG: La célula aún está en fase de desarrollo.
AIC: ¿Cual sería el costo aproximado?
AKDG: Aún es muy pronto para generar un costo aproximado. Sin embargo, la investigación se ha orientado al estudio de óxidos de materiales abundantes en la corteza terrestre con el objetivo de que no sea un desarrollo costoso y ser viable a gran escala.
AIC: ¿Qué papel jugó el Conacyt en el desarrollo de tu proyecto?
AKDG: Conacyt me ha becado para realizar mi doctorado y si no hubiera sido así, esta idea prácticamente no la hubiera podido desarrollar.
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