La transición a un sistema de energía sostenible requiere técnicas para convertir la energía sostenible, como la energía solar, en combustibles, como el hidrógeno. Esto es importante para el almacenamiento de energía y las aplicaciones que aún no pueden prescindir de la energía, como los aviones.
El hidrógeno ya se puede producir de manera sostenible, por ejemplo, utilizando la energía de los paneles solares para impulsar un llamado electrolizador que divide el agua líquida en hidrógeno y oxígeno. “Pero todavía es demasiado caro para competir con la producción actual de hidrógeno a partir de gas natural”, dice el ingeniero químico Kevin Sivula de la Universidad Técnica de Lausana en Suiza. “Es por eso que estamos investigando técnicas que podrían ser menos costosas”.
Los investigadores de la Universidad Técnica de Lausana han dado ahora un paso importante en este sentido. Han desarrollado electrodos que son porosos y transparentes, para que la luz del sol y el agua del aire puedan llegar al semiconductor para iniciar una reacción fotoelectroquímica que produce hidrógeno. Los resultados aparecieron el miércoles. en la revista Materiales avanzados.
Anteriormente, esto no era posible porque los electrodos requeridos no eran lo suficientemente transparentes para permitir el paso de la luz solar para la reacción fotoelectroquímica.
“La ventaja de nuestro sistema es que no usamos agua líquida”, dice Sivula. En los sistemas que usan agua líquida, no se puede simplemente arrojar agua de un lago o un océano. Tienes que purificarlo primero. Sivula: “Nosotros no tenemos ese problema porque dejamos que el agua se condense fuera del aire. Eso produce inmediatamente agua limpia”.
Esponja electroquímica
La base de los electrodos transparentes es una especie de lana de vidrio que los investigadores comprimen y calientan para formar una estructura compacta y esponjosa. Luego aplican un material que es transparente y eléctricamente conductor, una combinación complicada. Luego lo cubren con un semiconductor que absorbe la luz. Agregan un catalizador que permite que tenga lugar la reacción de producción de hidrógeno.
Este conjunto es poroso, de modo que hay suficiente superficie sobre la que puede asentarse el vapor de agua. Y es lo suficientemente transparente como para dejar pasar la luz del sol para la reacción fotoelectroquímica. Las pruebas con un prototipo a pequeña escala muestran que este sistema produce gas hidrógeno.
Los investigadores aún no han analizado la humedad mínima requerida. “Una humedad más alta, como en los trópicos o sobre el mar, probablemente dé los mejores resultados”, dice Sivula. “Pero incluso en el desierto hay suficiente agua en el aire para producir hidrógeno”.
Además, el dispositivo está diseñado para aprovechar las condiciones cambiantes del día y la noche. Por la noche, cuando se enfría y la humedad relativa aumenta, el sistema puede absorber agua del aire para producir hidrógeno durante el día cuando brilla el sol.
Eficiencia aún demasiado baja
Un futuro en el que estos dispositivos produzcan hidrógeno a gran escala y de forma económica está todavía muy lejos, admite Sivula. “Ahora tenemos un sistema de bajo costo que es escalable. Pero la eficiencia sigue siendo demasiado baja”.
El prototipo tenía una eficiencia de alrededor del 1 por ciento para convertir la luz solar en hidrógeno. Eso debe ser al menos diez veces mejor antes de que sea comercialmente interesante.
Joost Reek, profesor de química en la Universidad de Ámsterdam y que no participó en la investigación, está de acuerdo: “Todavía necesita más optimización y desarrollo, pero parece prometedor”.
“Teóricamente parece posible”, dice Sivula. Aún queda mucho por optimizar en cuanto a materiales y construcción. Los experimentos futuros tendrán que mostrar si los investigadores pueden aumentar la eficiencia sin perder el control.