Investigadores de la Universidad Metropolitana de Osaka han desarrollado un nuevo sistema de fotosíntesis artificial que puede producir combustible solar de manera más consistente y al mismo tiempo eliminar la necesidad de equipos de control basados en baterías. El avance proviene de la integración de un elemento químico autorregulador directamente en el electrolizador, lo que reduce tanto la complejidad como el costo del sistema.
De manera similar a la fotosíntesis natural de las plantas, la fotosíntesis artificial utiliza la luz solar para convertir el agua y el dióxido de carbono en compuestos ricos en energía. Uno de esos productos es el ácido fórmico, una sustancia química que puede actuar como combustible y como forma de almacenar energía.
Cómo la fotosíntesis artificial produce combustible solar
En el corazón de estos sistemas se encuentra un electrolizador, que convierte la electricidad de las células solares en energía química. Luego, esa energía se almacena en forma de combustible, como el ácido fórmico.
Mantener un funcionamiento eficiente es un gran desafío cuando la luz solar varía a lo largo del día. Para combatir esto, muchos sistemas de fotosíntesis artificiales utilizan el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT), un método que ajusta continuamente el voltaje y la corriente para que las células solares puedan entregar la mayor potencia posible.
Sin embargo, las configuraciones MPPT convencionales suelen depender de baterías y componentes electrónicos adicionales para suavizar el flujo de energía. Si bien son efectivas, estas adiciones aumentan tanto el costo como la complejidad del sistema.
El electrolizador autorregulador elimina las baterías.
Para superar esta limitación, un equipo dirigido por el profesor asociado Yasuo Matsubara y el profesor Yutaka Amao del Centro de Fotosíntesis Artificial de la Universidad Metropolitana de Osaka trabajó con Eida Group Holdings Co., Ltd. para rediseñar el electrolizador.
Su enfoque utiliza un electrolito sólido especialmente diseñado e integrado directamente en el dispositivo. Como resultado, el electrolizador puede realizar automáticamente la función MPPT por sí solo, eliminando la necesidad de un sistema de control basado en baterías.
En lugar de depender de componentes electrónicos, convertidores o baterías externos, el electrolizador ajusta sus propiedades eléctricas a través de sus propias propiedades térmicas y de impedancia.
“A medida que aumenta la luz solar, el electrolizador se calienta de forma natural. El sistema está diseñado de tal manera que este calentamiento reduce la resistencia eléctrica, lo que permite que la electricidad fluya más libremente”, explica el profesor Amao. “Esto hace que el sistema ajuste automáticamente su comportamiento eléctrico”.
“Este comportamiento de autorregulación ayuda a mantener la producción de combustible más estable durante todo el día y automatiza el sistema al tiempo que reduce la dependencia de baterías y costosos componentes externos”.
Producción estable de ácido fórmico bajo luz solar real
Cuando los investigadores probaron la tecnología en condiciones reales al aire libre, el sistema produjo constantemente ácido fórmico a partir del agua y CO2 incluso cuando los niveles de luz solar fluctuaban.
“Estábamos seguros de que tendría éxito, como demostramos anteriormente esta investigación en la exposición ‘Joint Pavilion Aida Group × Osaka Metropolitan University’ como parte de la Osaka Kansai Expo 2025”, dijo el profesor Matsubara. “Produjo con éxito suficiente ácido fórmico para alimentar un diorama en miniatura en el pabellón, mostrando su potencial como un sistema de fotosíntesis artificial eficiente que podría usarse potencialmente para aplicaciones de carga en nuestros hogares”.
Se publican los resultados EES Solar.
