Un desarrollo reciente realizado por investigadores de la Universidad de Cambridge y la Universidade Nova de Lisboa ha llevado a un aumento de tiempo 18 en el eficiencia de producción de combustible limpio a partir de CO2.
La nueva prueba de concepto se basa en enzimas aisladas de bacterias para impulsar las reacciones químicas que convierten el dióxido de carbono en combustible, un proceso llamado electrólisis.
En dos artículos publicados en las revistas Nature Chemistry y Proceedings of the National Academy of Sciences, los científicos explican que las enzimas son más eficientes que otros catalizadores , como el oro, pero son muy sensibles a su entorno químico local. Si el entorno local no es exactamente el adecuado, las enzimas se desmoronan y las reacciones químicas son lentas.
Para abordar este problema, los investigadores con sede en Gran Bretaña y Portugal han desarrollado un método para mejorar la eficiencia de la electrólisis ajustando las condiciones de la solución para alterar el entorno local de las enzimas.
Inspirado en la naturaleza
«Las enzimas han evolucionado a lo largo de millones de años para ser extremadamente eficientes y selectivas, y son excelentes para la producción de combustible porque no hay subproductos no deseados», Esther Edwardes Moore, primera autora del PNAS papel
Los investigadores utilizaron métodos computacionales para diseñar un sistema para mejorar la electrólisis de CO2. Con el sistema basado en enzimas, el nivel de producción de combustible aumentó 18 veces en comparación con la solución de referencia actual.
Edwardes Moore explicó que para mejorar aún más el medio ambiente local, ella y su equipo hicieron que dos enzimas trabajaran juntas, una produciendo combustible y la otra controlando el medio ambiente. Descubrieron que agregar otra enzima aceleraba las reacciones, aumentando la eficiencia y reduciendo los subproductos no deseados.
“Terminamos con el combustible que queríamos, sin productos secundarios y solo pérdidas de energía marginales, produciendo combustibles limpios con la máxima eficiencia”, Sam Cobb, primer autor del Química de la Naturaleza papel, dijo. “Al inspirarnos en la biología, nos ayudará a desarrollar mejores sistemas de catalizadores sintéticos, que es lo que necesitaremos si vamos a implementar la electrólisis de CO2 a gran escala”.
Sin subproductos no deseados
Normalmente, los métodos para convertir CO2 en combustible también producen subproductos no deseados como el hidrógeno. Los científicos han intentado antes alterar las condiciones químicas para minimizar la producción de hidrógeno, pero esto también reduce el rendimiento de la conversión de CO2; por lo que se ha producido combustible más limpio pero a costa de la eficiencia. “La electrólisis tiene un papel importante que desempeñar en la reducción de las emisiones de carbono”, dijo Erwin Reisner, el profesor de Cambridge que dirigió la investigación. “En lugar de capturar y almacenar CO2 , que consume mucha energía, hemos demostrado un nuevo concepto para capturar carbono y hacer algo útil de ella de una manera energéticamente eficiente.” Los investigadores están convencidos de que el secreto de una electrólisis de CO2 más eficiente reside en los catalizadores. Ha habido grandes mejoras en el desarrollo de catalizadores sintéticos en los últimos años, pero aún no están a la altura de las enzimas utilizadas en este trabajo. “Le estamos mostrando a la comunidad científica que una vez que podamos producir los catalizadores del futuro, podremos eliminar muchos de los compromisos que se están haciendo actualmente, ya que lo que aprendemos de las enzimas se puede transferir a los catalizadores sintéticos”, dijo Cobb. . “En el futuro, queremos utilizar lo que hemos aprendido para abordar algunos problemas desafiantes con los que luchan los catalizadores de última generación actuales, como el uso de CO2 directamente del aire, ya que estas son condiciones en las que las propiedades de las enzimas son ideales. los catalizadores realmente pueden brillar.”
