Investigadores de la Universidad Nacional de Australia afirman que las nuevas tecnologías que permiten producir hidrógeno directamente a partir de la energía solar -sin necesidad de costosos electrolizadores- podrían ser la vía para el suministro de hidrógeno renovable de bajo coste.
En una nueva investigación publicada en la revista Advanced Energy Materials, el equipo de investigación de la ANU ha desarrollado nuevos diseños de «fotoelectrodos», que podrían ser un paso fundamental hacia la producción de hidrógeno renovable de alta eficiencia y bajo coste.
Las células solares convencionales utilizan materiales semiconductores para convertir la luz solar en corriente eléctrica. En las últimas décadas, los avances en el diseño de las células solares han hecho que éstas se consoliden como una de las fuentes de generación de electricidad más baratas y que prácticamente no tienen emisiones.
Los investigadores han tratado de adaptar las tecnologías de células solares para que, en lugar de producir una corriente eléctrica, la energía solar captada pueda utilizarse para impulsar reacciones químicas, incluidas las que permiten extraer hidrógeno del agua.
El Dr. Siva Karuturi de la ANU, coautor de la investigación, explicó que los fotoelectrodos que se están desarrollando en la universidad crean el potencial para que las tecnologías convencionales de células solares se adapten para su uso en la producción de hidrógeno.
Las células solares convierten la energía solar en electricidad. Los fotoelectrodos pueden dar un paso más para convertir directamente la energía solar en combustibles químicos almacenables, como el hidrógeno.
Dr. Siva Karuturi
Los intentos anteriores de producir fotoelectrodos para convertir la energía solar en hidrógeno demostraron que eran vulnerables a la degradación, lo que los hacía inadecuados para su despliegue comercial a gran escala.
Pero el equipo de investigación de la ANU ha tratado de resolver este problema «desacoplando» los electrodos de las reacciones químicas que conducen a su degradación, reconociendo el potencial de la producción directa de hidrógeno a partir de la energía solar para proporcionar suministros de hidrógeno de bajo coste que podrían ser almacenados y utilizados como un suministro de energía despachable.
Aunque se trata de una perspectiva atractiva para resolver el problema de la intermitencia, sigue siendo un reto construir un fotoelectrodo que sea eficiente y estable para su funcionamiento práctico.
Este trabajo abre una vía para transformar las células fotovoltaicas de los tejados en células solares de separación de agua que produzcan hidrógeno verde. Esto podría ser un paso crucial para hacer frente a la intermitencia de las energías renovables y acelerar nuestra transición hacia las emisiones netas cero.
Dr. Siva Karuturi
El equipo de investigación de la ANU desarrolló un proceso que protege los fotoelectrodos de la degradación química, lo que permitía utilizarlos para la producción de hidrógeno con un riesgo significativamente menor de que quedaran inutilizados por la corrosión.
En este trabajo, demostramos el uso de láminas cocatalíticas para estabilizar los fotoelectrodos y obtener al mismo tiempo elevadas eficiencias de división del agua, lo que se consigue, en primer lugar, depositando los catalizadores en láminas metálicas antes de la fabricación del dispositivo y, en segundo lugar, protegiendo los fotoabsorbedores de la solución corrosiva durante su funcionamiento.
Demostramos que este método puede utilizarse con otros materiales fotovoltaicos de eficacia probada para alcanzar de forma realista eficiencias de conversión de energía solar en hidrógeno que se acercan a los límites teóricos.
Dr. Siva Karuturi
El método convencional de producción de hidrógeno renovable consiste en utilizar suministros de electricidad renovable, como los procedentes de parques eólicos y solares, para alimentar un electrolizador que produce hidrógeno haciendo pasar la electricidad a través de las moléculas de agua, separando los átomos de hidrógeno y oxígeno.
Pero las nuevas tecnologías que se están desarrollando en la ANU podrían permitir que la energía solar alimente reacciones químicas de menor coste que produzcan hidrógeno, lo que permitiría omitir por completo el proceso de electrólisis.
El hidrógeno verde puede producirse a partir de la electrólisis impulsada por energías renovables, pero actualmente no es competitivo con las fuentes de hidrógeno de origen fósil. En cambio, estamos buscando nuevas formas de producir hidrógeno directamente a partir de la luz solar y el agua.
En la producción directa de hidrógeno solar, la luz del sol proporciona la energía para impulsar la reacción redox de separación del agua -mediante el efecto fotovoltaico y la catálisis-, lo que da lugar a la producción de hidrógeno en un único sistema integrado.
Dr. Siva Karuturi
El equipo de investigación de la ANU estableció anteriormente nuevos récords de eficiencia energética en la producción directa de hidrógeno a partir de la luz solar, con eficiencias superiores al 20%.
Fuente:
R. (2021d, noviembre 19). Investigadores australianos se acercan a la tecnología de hidrógeno solar de bajo coste, sin electrolizadores. EcoInventos. Recuperado 19 de noviembre de 2021, de https://ecoinventos.com/hidrogeno-solar-de-bajo-coste-sin-electrolizadores/