Químicos han diseñado una molécula que utiliza luz o electricidad para convertir dióxido de carbono en monóxido de carbono —una fuente de combustible neutra en carbono— con más eficiencia que cualquier otro método de «reducción del carbono».
«Si se puede crear una molécula lo bastante eficiente para esta reacción, producirá energía gratuita y almacenable en forma de combustibles», afirma el director del estudio, Liang-shi Li, profesor asociado del Departamento de Química de la Universidad de Indiana en Bloomington. «Este estudio supone un gran avance en esa dirección».
La combustión de un combustible —como el monóxido de carbono— produce dióxido de carbono y libera energía. Para volver a convertir el dióxido de carbono en combustible se necesita al menos la misma cantidad de energía. Uno de los principales objetivos de los científicos ha sido reducir el exceso de energía necesario.
Eso es exactamente lo que consigue la molécula de Li: requiere la menor cantidad de energía registrada hasta la fecha para impulsar la formación de monóxido de carbono. La molécula —un complejo de nanografeno y renio unido mediante un compuesto orgánico conocido como bipiridina— desencadena una reacción muy eficiente que convierte dióxido de carbono en monóxido de carbono.
La nueva molécula emplea un complejo de nanografeno (a la izquierda) para absorber luz e impulsar la conversión de dióxido de carbono (arriba, en el centro) en monóxido de carbono (a la derecha).
La capacidad de producir monóxido de carbono de manera eficiente y exclusiva es significativa debido a la versatilidad de la molécula.
«El monóxido de carbono es una materia prima importante en muchos procesos industriales», afirma Li. «También es una forma de almacenar energía como combustible neutro en carbono, ya que no se devuelve a la atmósfera más carbono del que ya se había retirado. Simplemente se vuelve a liberar la energía solar que se utilizó para producirlo».
Los puntos de grafeno convierten el CO₂ residual en combustible
El secreto de la eficiencia de la molécula es el nanografeno —un fragmento de grafito a escala nanométrica, una forma común de carbono (es decir, la «mina» negra de los lápices)—, ya que su color oscuro absorbe una gran cantidad de luz solar.
Li afirma que los complejos de bipiridina y metal se han estudiado durante mucho tiempo para reducir dióxido de carbono a monóxido de carbono mediante la luz solar. Sin embargo, estas moléculas solo pueden utilizar una pequeña fracción de la luz solar, principalmente en el rango ultravioleta, invisible a simple vista. En cambio, esta molécula aprovecha la capacidad del nanografeno para absorber luz y crear una reacción que utiliza la luz solar con longitudes de onda de hasta 600 nanómetros, una gran parte del espectro visible.
En esencia, explica Li, la molécula funciona como un sistema de dos partes: un «colector de energía» de nanografeno que absorbe energía de la luz solar y un «motor» de renio atómico que produce monóxido de carbono. El colector de energía impulsa un flujo de electrones hacia el átomo de renio, que se une repetidamente al dióxido de carbono, normalmente estable, y lo convierte en monóxido de carbono.
Un diminuto «bosque» impulsa la fotosíntesis artificial
La idea de conectar nanografeno al metal surgió de los esfuerzos anteriores de Li por crear una célula solar más eficiente con este material basado en carbono. «Nos preguntamos: ¿Podríamos prescindir del intermediario —las células solares— y utilizar únicamente la capacidad del nanografeno para absorber luz e impulsar la reacción?», explica.
A continuación, Li planea mejorar la molécula, por ejemplo, haciendo que dure más y que pueda funcionar en forma no líquida, ya que los catalizadores sólidos son más fáciles de utilizar en el mundo real. También trabaja para sustituir el átomo de renio de la molécula —un elemento raro— por manganeso, un metal más común y menos costoso.
La Oficina del Vicerrector de Investigación de la Universidad de Indiana y la Fundación Nacional de Ciencias financiaron la investigación, que se publica en la revista Journal of the American Chemical Society.
