Un equipo de científicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha desarrollado un dispositivo prototipo que imita la fotosíntesis natural para producir gas etileno utilizando solo la luz solar. agua y dióxido de carbono. El método novedoso, que produce etileno a temperatura y presión ambiente utilizando productos químicos benignos, podría ampliarse para proporcionar una alternativa más ecológica y sostenible al método actual de producción de etileno.

Este desarrollo dirigido por el profesor asistente Jason Yeo Boon Siang del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias de NUS y el Instituto de Investigación de Energía Solar de Singapur (SERIS) se publicó por primera vez en la prestigiosa revista científica ACS Sustainable Chemistry &Engineering.

Desafíos de la producción actual de etileno

Etileno, que es el componente básico del polietileno, es una materia prima química importante producida en grandes cantidades para la fabricación de plásticos, caucho y fibras. Solo en 2015 se produjeron más de 170 millones de toneladas de etileno en todo el mundo, y se espera que la demanda mundial supere los 220 millones de toneladas para 2020.

La producción industrial actual de etileno emplea el craqueo al vapor de combustibles fósiles entre 750 ° C y 950 ° C, que consume una gran cantidad de energía y supone una presión sobre los recursos naturales de combustible. El método actual también deja una huella de carbono significativa, emitiendo alrededor de dos toneladas de dióxido de carbono por cada tonelada de etileno producida. Como tal, Existe una demanda creciente de una forma más limpia y sostenible de producir etileno.

Adopción de la fotosíntesis artificial

Reconociendo la necesidad de un método más ecológico, El profesor asistente Yeo y su equipo aprovecharon la energía renovable para producir etileno. El equipo diseñó por primera vez un catalizador de cobre en 2015 que podría generar etileno a partir de agua fácilmente disponible y dióxido de carbono cuando funciona con electricidad. Este catalizador de cobre se introdujo posteriormente en un sistema de fotosíntesis artificial para convertir el dióxido de carbono y el agua en etileno utilizando solo energía solar. El dispositivo prototipo diseñado para llevar a cabo la reacción logró una eficiencia faradaica del 30 por ciento de etileno en función de la cantidad de electrones generados a partir de la energía solar. La eficiencia energética general de la conversión solar a etileno también es comparable al nivel de eficiencia energética de la fotosíntesis natural de las plantas.

"La captura de carbono es un paso clave en la lucha contra el cambio climático provocado por el ser humano. Ha habido un aumento constante de la concentración atmosférica de dióxido de carbono, porque la tasa de emisiones de dióxido de carbono excede la de captura de carbono. Esto se ha atribuido como una de las principales causas del calentamiento global que conduce a cambios ambientales indeseables. Nuestro dispositivo no solo emplea una fuente de energía completamente renovable, pero también convierte dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero en algo útil. Esto podría cerrar potencialmente el ciclo del carbono, "dijo el profesor Yeo.

El equipo también incorporó una batería en el dispositivo prototipo para lograr una producción estable y continua de etileno. un desafío clave en los sistemas de fotosíntesis artificial. La batería almacena el exceso de energía solar recolectada durante el día para alimentar el dispositivo por la noche o con poca luz. asegurándose de que las operaciones no se vean interrumpidas por una cantidad variable de luz solar a lo largo del día.

La invención marca un hito significativo en la realización de un sistema de fotosíntesis artificial escalable para la producción limpia y sostenible de importantes moléculas orgánicas como el etileno.

Avanzando El equipo continuará trabajando en su dispositivo para aumentar la producción de etileno, así como emplear sistemas similares para producir combustibles líquidos como etanol y propanol.