Se trata de un prototipo que combina una celda solar de hasta 2.4 cm2 que transforma la luz solar en energía que activa un proceso que permite degradar compuestos orgánicos tóxicos empleados en actividades de vulcanización y elaboración de herbicidas y fungicidas.
Actualmente, las industrias farmacéuticas, las de vulcanización, o las que emplean herbicidas y fungicidas usan compuestos orgánicos de tipo aromático para la generación de sus productos, siendo uno de los compuestos más tóxicos, y a la vez utilizados, el 2-mercaptobenzotiazol, el cual puede provocar reacciones alérgicas en la piel e incluso cuenta con propiedades cancerígenas para el ser humano. Es muy tóxico para los organismos acuáticos y sus efectos nocivos pueden ser duraderos.
Esta situación planteó el desafío de degradar estos compuestos peligrosos, el cual fue abordado por el académico del Instituto de Ciencias Químicas de la Universidad Austral de Chile (UACh), Dr. Andrés Gualdrón, quien ha participado en el desarrollo de este trabajo diseñado en convenio entre la Universidad Nacional de Jeonbuk (Corea del sur), Universidad Jaume I (España) y la UACh, presentando sus resultados y el prototipo a la comunidad científica a través de la revista ACS Energy Letters.
Tras una investigación que se extendió alrededor de un año los desarrolladores de este prototipo se propusieron emplear un electrodo basado en el mineral perovskita inorgánica (químicamente basada en CsPbBr3), con gran capacidad de absorción de luz solar para poder degradar 2-mercaptobenzotiazol con gran eficiencia.
En esta línea y con el fin de maximizar la energía necesaria para que el electrodo pueda producir un gran poder oxidante y degradar el compuesto, se fabricó un minimódulo solar, también de perovskita (del tipo MAPbI3), para aumentar la colección de luz solar y proveer suficiente voltaje al electrodo para conducir el proceso de oxidación.
Según lo observado por los investigadores de este trabajo, tanto el electrodo como el minimódulo son iluminados al mismo tiempo, con la misma intensidad lumínica proveniente de una fuente de luz solar simulada (100 mW·cm-2). De esta forma, el minimódulo genera suficiente energía externa en forma de voltaje de forma en que el fotoelectrodo, recibiendo esta energía, genera una alta capacidad de degradación del 2-mercaptobenzotiazol, y por ende, a producir una alta corriente durante el proceso.
Andrés Gualdrón, académico del Instituto de Ciencias Químicas de la UACh, explicó que “anteriormente, en un trabajo realizado ya se había llevado a cabo la oxidación de compuestos orgánicos como el alcohol bencílico (muy utilizado en la industria farmacéutica) mediante electrodos de perovskita del mismo tipo (CsPbBr3). No obstante, se requiere equipos de alto consumo energético para producir el voltaje necesario para que el electrodo preparado pueda promover la degradación del orgánico de interés.
De este modo, y siendo el Instituto de Materiales Avanzados de la Universidad Jaume I, en España, reconocido en la fabricación de celdas solares de perovskita de alta eficiencia, se dispuso de la fabricación de un dispositivo de mayor área para absorber más iluminación, transformando así la energía solar en electricidad, y generando el voltaje requerido para ser aplicado al electrodo.
A nivel local, Chile es el país con mayor recepción de radiación solar en el mundo, por lo que implementar este prototipo de módulo solar-sistema de oxidación de compuestos orgánicos podría ser viable, proyectándose como una solución a largo plazo para remediar problemas como, por ejemplo, la contaminación en aguas, a través de maximizar la absorción de luz solar.
Según lo explicado por Gualdrón, comercialmente, un panel solar basado en silicio presenta dimensiones estándar de alrededor de 1,7 m², no obstante, al hacer más grande las dimensiones de una celda solar, también se incrementa la resistencia del dispositivo al paso de corriente (electrones), lo que puede disminuir su eficiencia fotovoltaica.
“También se considera la estabilidad del material del cual está basado el dispositivo solar, que en el caso de las perovskitas, está aún en estudio fundamental. Sin embargo, y viendo la perspectiva de este trabajo publicado, no cabe la mayor duda de que se reunirán esfuerzos conjuntos entre la UACh, y universidades a nivel nacional e internacional para que pronto se cuente con un acople módulo solar-sistema de oxidación de orgánicos a nivel industrial a largo plazo”, indicó.
Finalmente, cabe señalar que hoy en día se están llevando a cabo estudios en grupos de investigación reconocidos a nivel mundial para fabricar, a nivel macro, módulos solares de perovskitas con eficiencias cercanas a las obtenidas a nivel laboratorio, cercanas al 26%.
