Imagen microscópica electrónica de un nanobosque, o "matriz de nanocables ramificada en 3D". Tinte verde agregado para contraste. Crédito de la imagen:Wang Research Group, Escuela de Ingeniería UC San Diego Jacobs.
(PhysOrg.com) - Universidad de California, Los ingenieros eléctricos de San Diego están construyendo un bosque de diminutos árboles de nanocables para capturar de forma limpia la energía solar sin utilizar combustibles fósiles y cosecharla para la generación de combustible de hidrógeno. Reportando en la revista Nanoescala , el equipo dijo nanocables, que están hechos de abundantes materiales naturales como el silicio y el óxido de zinc, también ofrecen una forma económica de suministrar combustible de hidrógeno a gran escala.
“Esta es una forma limpia de generar combustible limpio, "Dijo Deli Wang, profesor en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.
La estructura vertical y las ramas de los árboles son claves para capturar la máxima cantidad de energía solar, según Wang. Esto se debe a que la estructura vertical de los árboles capta y absorbe la luz, mientras que las superficies planas simplemente la reflejan. Wang dijo:agregando que también es similar a las células fotorreceptoras de la retina en el ojo humano. En imágenes de la Tierra desde el espacio, la luz se refleja en superficies planas como el océano o los desiertos, mientras que los bosques parecen más oscuros.
El equipo de Wang ha imitado esta estructura en su "matriz de nanocables ramificados en 3D" que utiliza un proceso llamado separación de agua fotoelectroquímica para producir gas hidrógeno. La división del agua se refiere al proceso de separar el agua en oxígeno e hidrógeno para extraer hidrógeno gaseoso que se utilizará como combustible. Este proceso utiliza energía limpia sin subproductos de gases de efecto invernadero. En comparación, La forma convencional actual de producir hidrógeno se basa en la electricidad a partir de combustibles fósiles.
Al recolectar más luz solar usando la estructura de nanotárbol vertical, El equipo de Wang ha desarrollado una forma de producir más combustible de hidrógeno de manera eficiente en comparación con sus contrapartes planas donde la luz simplemente se refleja en la superficie. Crédito de la imagen:Wang Research Group, Escuela de Ingeniería UC San Diego Jacobs.
“El hidrógeno se considera un combustible limpio en comparación con los combustibles fósiles porque no hay emisiones de carbono, pero el hidrógeno que se utiliza actualmente no se genera de forma limpia, "Dijo Ke Sun, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica que dirigió el proyecto.
Al recolectar más luz solar usando la estructura de nanotárbol vertical, El equipo de Wang ha desarrollado una forma de producir más combustible de hidrógeno de manera eficiente en comparación con sus homólogos planos. Wang también está afiliado al Instituto de Telecomunicaciones y Tecnología de la Información de California y al Programa de Ciencia e Ingeniería de Materiales en UC San Diego.
La estructura de la rama vertical también maximiza la salida de gas hidrógeno, dijo Sun. Por ejemplo, en la superficie plana y ancha de una olla de agua hirviendo, las burbujas deben volverse grandes para salir a la superficie. En la estructura del nanotárbol, Las burbujas de gas de hidrógeno muy pequeñas se pueden extraer mucho más rápido. "Es más, con esta estructura, hemos mejorado, por al menos 400, 000 veces, el área de superficie para reacciones químicas, ”Dijo Sun.
En este experimento, Los electrodos de nanotree se sumergen en agua y se iluminan con luz solar simulada para medir la producción de electricidad del dispositivo. Crédito de la foto:Joshua Knoff, Escuela de Ingeniería UC San Diego Jacobs.
A la larga, el objetivo del equipo de Wang es aún mayor:la fotosíntesis artificial. En la fotosíntesis, a medida que las plantas absorben la luz solar, también recogen dióxido de carbono (CO 2 ) y agua de la atmósfera para crear carbohidratos que alimenten su propio crecimiento. El equipo de Wang espera imitar este proceso para capturar también CO 2 de la atmósfera, reducir las emisiones de carbono, y convertirlo en combustible de hidrocarburos.
“Estamos tratando de imitar lo que hace la planta para convertir la luz solar en energía, ”Dijo Sun. "Esperamos que en un futuro próximo nuestra estructura de 'nanotárbol' pueda eventualmente ser parte de un dispositivo eficiente que funcione como un árbol real para la fotosíntesis".
El equipo también está estudiando alternativas al óxido de zinc, que absorbe la luz ultravioleta del sol, pero tiene problemas de estabilidad que afectan el uso de por vida de la estructura del nanotárbol.
