Mediante enzimas que han evolucionado durante cientos de millones de años, las plantas descomponen fácilmente el agua en oxígeno e hidrógeno que utilizan para impulsar reacciones metabólicas. Los humanos también podrían emplear el hidrógeno como combustible y como sistema para almacenar la energía procedente de fuentes renovables. Pero no disponemos de millones de años para averiguar cómo producir catalizadores prácticos.
Aleksandra Vojvodic emplea superordenadores para diseñar nuevos catalizadores para descomponer el agua y otras reacciones. La idea de su trabajo, explica, consiste en "superar el ensayo y error de la naturaleza", y de los laboratorios químicos.
La idea consiste en "superar el ensayo y error de la naturaleza", y de los laboratorios químicos.
Descomponer el agua requiere dos catalizadores, uno para generar hidrógeno y otro para generar oxígeno. "Las cosas que funcionan con eficacia normalmente son raras o caras", señala Vojvodic. Allí es donde entra la química computacional. Para predecir el comportamiento de un catalizador, Vojvodic crea modelos informáticos que relacionan las funciones de un material con su estructura mediante las reglas de la mecánica cuántica. Los químicos saben qué funciones ha de incluir el catalizador, y conocen cómo se comportarán los distintos tipos de átomos y estructuras. Los experimentos informáticos de Vojvodic, realizados en el Laboratorio Nacional de Acceleradores SLAC de Estados Unidos, han generado catalizadores productores de oxígeno que igualan o superan el rendimiento de los que están hechos con materiales caros.
Los investigadores llevan años empleando potentes ordenadores para intentar diseñar mejores catalizadores, con distintos niveles de éxito. Pero los superordenadores actuales son capaces de realizar cálculos mucho más complejos. Y Vojvodic ha demostrado un talento excepcional para aprovecharse de la potencia computacional, al aprender a representar las propiedades electrónicas, estructura química, nanoestructura y otras propiedades dentro de los cálculos matemáticos, y ser capaz de diseñar programas para ejecutarlas.
Recientemente ha producido unos catalizadores extremadamente eficaces en la descomposición del agua, resultado de una predicción previa de su trabajo de modelación. Los investigadores ahora tienen puestas sus miradas en otros catalizadores, incluidos aquellos que puedan convertir el nitrógeno y otras moléculas abundantes en útiles productos químicos.
—Katherine Bourzac
