Iluminando el camino hacia el reciclaje del dióxido de carbono
La combinación de materiales de cosecha solar con microbios que consumen dióxido de carbono podría ser una forma eficiente de generar combustibles limpios.
Los fotocatalizadores semiconductores que absorben eficientemente la energía solar podrían ayudar a reducir la energía necesaria para impulsar un proceso bioelectroquímico que convierta las emisiones deCO2 en productos químicos valiosos, según han demostrado los investigadores de KAUST.
La imagen SEM muestra el biofilm catódico denso y uniforme, que comprende principalmente quimioautótrofos, y que podría servir como biocatalizador para una conversión eficiente de dióxido de carbono en acetato.
© 2020 KAUST
Reciclarel CO2 podría reducir simultáneamente las emisiones de carbono a la atmósfera, mientras se generan químicos y combustibles útiles, explica Bin Bian, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Pascal Saikaly, quien dirigió la investigación. "La electrosíntesis microbiana (MES), junto con un suministro de energía renovable, podría ser una de esas tecnologías", dice Bian.
La EME explota la capacidad de algunos microbios de absorberCO2 y convertirlo en productos químicos, como el acetato. En la naturaleza, los microbios quimio-autotrofos metabolizan los minerales como fuente de energía en un proceso que implica el desplazamiento de electrones. Esta capacidad puede ser explotada para convertir elCO2 en productos de valor añadido si los microbios son alimentados con una corriente de electrones y protones de agua anódica que se divide en una célula electroquímica.
En su último trabajo, en lugar de centrarse en el paso delCO2 al acetato, el equipo trabajó en la reducción de la entrada de energía para la producción de oxígeno molecular (O2) en el ánodo, una reacción que mantiene en equilibrio toda la célula. "En los sistemas EME, se cree que el proceso que consume más energía es la reacción de evolución del oxígeno (REO)", explica Bian. Los investigadores han utilizado materiales anódicos captadores de luz, como el dióxido de titanio, que aprovechan la energía de la luz solar para ayudar a impulsar la TEA. En su trabajo actual, el equipo investigó una alternativa prometedora para el fotoanodo, el material de captación de luz, el vanadato de bismuto.
El vanadato de bismuto absorbió energía de un rango mucho más amplio del espectro solar que el dióxido de titanio, haciendo que toda la célula EME fuera más eficiente, según mostró el equipo. "Obtuvimos una eficiencia de conversión solar-acetato del 1,65 por ciento, que es la más alta reportada hasta ahora", dice Saikaly. "Esta eficiencia es alrededor de ocho veces mayor que la eficiencia del 0,2 por ciento de la fotosíntesis natural global, que es el proceso de la naturaleza alimentado por la energía solar para convertir elCO2 en moléculas ricas en energía", señala Bian.
Hasta ahora el equipo ha mantenido a los biocatalizadores de microbios abastecidos con un flujo constante de electrones yCO2 para sostener su crecimiento. "El siguiente paso para nosotros es probar nuestro sistema bajo la luz solar real y monitorear la resistencia de los biocatalizadores bajo una fuente de energía renovable intermitente", dice Saikaly.
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