Durante años, la producción de hidrógeno con luz solar tuvo el mismo límite: el Sol emite mucha más energía de la que los materiales son capaces de aprovechar
Buenos Aires-(Nomyc)-El avance llega desde Institute of Science Tokyo (Science Tokyo), donde investigadores pudieron duplicar la eficiencia de producción de Hidrógeno Solar con el uso de un Fotocatalizador Sensibilizado, capaz de absorber luz visible de onda larga, hasta los 800 nanómetros, franja del espectro que abundante y estable incluso con cielo nublado, era en gran parte desaprovechada por los sistemas actuales.
El estudio se ha publicado en ACS Catalysis, apunta a uno de los cuellos de botella históricos de la llamada fotosíntesis artificial, pero el problema no era la idea, era la luz: producir Hidrógeno a partir de agua mediante luz solar es conceptualmente elegante: sin emisiones directas, sin combustión, sin carbono, ya que el proceso, se basa en fotocatalizadores, materiales que absorben fotones y usan esa energía para separar el agua en hidrógeno y oxígeno.
El inconveniente es físico, ya que la mayoría de los fotocatalizadores convencionales solo aprovechan una porción limitada del espectro solar, de manera habitual luz visible de alta energía y todo lo que cae más allá, de manera especial la —luz roja y cercana al infrarrojo, pasa de largo y en el mundo real y además, es la más constante.
La clave está en ampliar la ventana de absorción: el equipo japonés, liderado por el profesor Kazuhiko Maeda y la investigadora de posgrado Haruka Yamamoto, decidió atacar el problema sin reinventar todo el sistema, para lo que tocaron una pieza concreta: el metal central del complejo fotosensibilizador.
De manera tradicional, estos fotocatalizadores sensibilizados utilizan complejos de rutenio, un estándar bien conocido por su estabilidad y fiabilidad, aunque el problema es que el rutenio solo absorbe luz visible hasta unos 600 nm.
La solución fue sustituir ese núcleo por osmio: ese cambio químico bastante pequeño tuvo un efecto desproporcionado, ya que el sistema comenzó a absorber luz de longitudes de onda mucho más largas, logró llegar cerca de los 800 nm, una región donde la radiación solar es abundante y menos dependiente de condiciones ideales, es decir que dicho de forma simple: “el material ve más luz y la usa”.
El efecto de átomo pesado que marca la diferencia: el Osmio no es un metal cualquiera, ya que su presencia introduce lo que en fotofísica se conoce como efecto de átomo pesado, que facilita transiciones electrónicas de baja energía, en particular las transiciones singlete–triplete y estas transiciones, permiten excitar electrones con fotones menos energéticos, algo que los complejos de rutenio no hacen de forma eficiente. El resultado es un mayor número de electrones excitados disponibles para impulsar la reacción de producción de hidrógeno.
El impacto es medible: hasta el doble de eficiencia frente a sistemas comparables basados en rutenio y ho hay magia, hay química bien afinada y esto, importa fuera del laboratorio, porque más allá del dato técnico, explica EcoInventos, “el avance toca un punto crucial: la luz real no es ideal, ya que en ciudades, en latitudes altas o en días nublados, la radiación directa cae, pero la luz difusa sigue presente, especialmente en longitudes de onda largas”.
Un fotocatalizador capaz de trabajar bien en esas condiciones no necesita sol perfecto. Puede operar más horas al día, en más lugares y con menos dependencia de orientación o limpieza extrema, lo que abre escenarios nuevos: producción local de hidrógeno, integración en fachadas, cubiertas urbanas o sistemas híbridos junto a fotovoltaica convencional, aprovechando franjas del espectro hoy infrautilizadas.
Fotosíntesis artificial, paso a paso: la fotosíntesis artificial lleva décadas prometiendo una vía directa para convertir energía solar en combustible químico, aunque el problema nunca fue conceptual, sino acumulativo: cada paso era un poco ineficiente.
Este trabajo no resuelve todos los obstáculos, pero sí coloca una pieza clave en su sitio, ya que demuestra que ampliar el espectro útil sí tiene un impacto práctico, no solo teórico, y que puede lograrse sin diseños extravagantes.
Como resume Maeda en el estudio, “el Osmio permitió acceder a longitudes de onda que antes estaban fuera de juego, y ese acceso se tradujo directamente en más hidrógeno producido”.
Lo que no es y lo que sí: conviene subrayarlo, esto no es una revolución industrial inmediata, ya que el Osmio, es un metal raro y caro, y todavía queda trabajo para optimizar estabilidad, costes y escalabilidad.
Pero tampoco es un resultado aislado, ya que es un puente entre laboratorio y el mundo real, una demostración de que mejorar la eficiencia no siempre implica sistemas más complejos, sino materiales mejor pensados.
En ciencia aplicada, ese tipo de avance importa, ya que no promete milagros, pero acerca la tecnología un poco más a ser útil y en el caso del Hidrógeno Solar, cada fotón que deja de desperdiciarse cuenta.
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