Comparación de un dispositivo convencional con un dispositivo CO2R fotoelectrocatalítico que emplea el concepto de flujo molecular de CO2 (AQ). Crédito: Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-56106-3
El océano sirve como el sumidero dinámico de carbono más grande de la Tierra, absorbiendo 400 millones de toneladas de dióxido de carbono (CO₂) anualmente a través del intercambio continuo con la atmósfera. Los investigadores de Yale ahora han desarrollado un sistema eficiente para extraer y convertir el CO₂ disuelto en combustibles limpios y materia prima industrial útil.
Publicado En las comunicaciones de la naturaleza, este avance podría transformar el agua de mar en una fuente sostenible de productos a base de carbono, al tiempo que ayuda a equilibrar los niveles de CO₂ oceánica.
El profesor Shu Hu, del Departamento de Ingeniería Química y Ambiental, y miembro del Instituto de Ciencias de la Energía de Yale, dirigió el proyecto y describe el sistema como una “conversión y conversión de carbono basada en el océano con energía solar”. O, más simplemente, está haciendo “combustibles a la luz del sol”.
El equipo usa la luz solar para transformar el carbono disuelto del agua de mar en síntesis, un gas de síntesis que comprende monóxido de carbono (CO) e hidrógeno. Este compuesto versátil sirve como un bloque de construcción clave para producir productos químicos y combustibles industriales valiosos.
Los esfuerzos anteriores para aprovechar la energía solar para convertir el carbono disuelto de agua de mar en productos útiles han enfrentado desafíos significativos. La concentración extremadamente baja de iones de carbonato en el agua de mar hace que sea difícil lograr tanto la alta eficiencia energética como la formación selectiva del producto.
Además, los reactores existentes se limitan a experimentos a escala de laboratorio. Además de los catalizadores, se necesita un diseño de reactor capaz de una operación continua a gran escala para utilizar realmente el dióxido de carbono del agua de mar.
Basado en la experiencia del grupo HU en el diseño de la fotocatálisis y el reactor que maximiza el uso de la luz para la transformación química, desarrollaron un nuevo dispositivo fotoelectroquímico. Utiliza solo la luz solar para convertir el carbono disuelto en el agua de mar, principalmente bicarbonato, en síntesis. El proceso imita cómo funciona la fotosíntesis en los ecosistemas oceánicos y alcanza una eficiencia solar a combustible del 0,71%, que es similar a cómo las algas de las algas convierten el carbono.
Prueba de campo de flujo visualizado con tinta negra. Crédito: Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-56106-3
Aún más sorprendente es el descubrimiento del equipo de que, a pesar de la concentración de carbonato cercana a cero en el agua de mar, la selectividad de la reacción puede verse drásticamente por el campo de flujo dentro del reactor. En el agua de mar estática, el contenido de CO en el producto fue solo del 3%. Sin embargo, bajo las condiciones de flujo controlado dentro del reactor, la proporción de CO aumentó al 21%.
“Funciona como una carrera de relevos perfectamente sincronizada”, explicó Xiang Shi, coautor del estudio y estudiante de posgrado en el laboratorio de Hu. “El ánodo pasa protones y Co₂ al cátodo, que luego corre hacia la línea de meta: la conversión. Este trabajo en equipo impulsa toda la reacción a la finalización de manera eficiente.
“Logramos esto diseñando el reactor para que el flujo se extienda por primera vez a través de los ánodos, donde se oxida el agua y los protones se liberan. Estos protones son transportados por el flujo, desencadenando una cascada de reacciones en la forma en que convierten el bicarbonato en Co₂, que luego se transporta a los cátodos a la baja y reduce”.
A través de este enfoque, diseñaron el proceso de transferencia de masa de la reacción, regulando el flujo que alcanza la superficie del electrodo. De esta manera, no solo lograron eliminar el dióxido de carbono del agua de mar, sino que también usaban la luz solar para generar combustible directamente del océano.
A continuación, los investigadores planean perfeccionar la tecnología del sistema y, en última instancia, para mejorarla en un reactor a nivel de la industria a gran escala. El diseño del reactor modular permite que estas celdas de flujo se ensamblen en matrices flotantes a escala cuadrada de escala cuadrada. Estos reactores boyantes aprovechan los movimientos de marea natural y las corrientes oceánicas para circular pasivamente el agua de mar a través del sistema.
A medida que el agua de mar fluye a través de los reactores, convierten continuamente el CO₂ disuelto en síntesis bajo la luz solar, que se puede recolectar y transportar a instalaciones industriales para la utilización posterior en la síntesis química o la producción de combustible.
“Esperamos construir los reactores flotantes a gran escala en el mar para que podamos usar directamente la luz del sol y el agua de mar para producir combustibles solares”, dijo Hu.
Más información: Bin Liu et al, conversión selectiva con energía solar de carbono disuelto milimolar a combustibles con generación de flujo molecular, comunicaciones de la naturaleza (2025). Dos: 10.1038/s41467-025-56106-3
Proporcionado por la Universidad de Yale
Cita: Tecnología de luz solar transforma el carbono oceánico disuelto en materia prima industrial (2025, 10 de julio) Recuperado el 10 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-sunlight-powered-technology-disolved-ocean.html
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