octubre 18, 2021

La energía solar se acerca a la producción práctica de hidrógeno

Los investigadores desarrollan una tecnología basada en energía solar que divide el agua en hidrógeno y oxígeno con una eficiencia récord. Volviendolo así en una alternativa interesante para la producción práctica de hidrógeno.

Científicos israelíes e italianos han desarrollado una tecnología de energía renovable que convierte la energía solar en combustible de hidrógeno y, según se informa, está en el umbral de la viabilidad «práctica».

La nueva tecnología solar ofrecería una forma sostenible de convertir el agua y la luz solar en energía almacenable para las celdas de combustible, ya sea que la energía almacenada se alimente a la red eléctrica o vaya a camiones, trenes, automóviles, barcos, aviones o procesos industriales propulsados ​​por celdas de combustible.

La nueva tecnología solar ofrecería una forma sostenible de convertir el agua y la luz solar en producción práctica de hidrógeno
A bottle of benzene with its chemical structure.

Piense en esta investigación como una especie de fotosíntesis artificial, dijo Lilac Amirav , profesora asociada de química en el Technion – Instituto de Tecnología de Israel en Haifa. (Si pudiera ampliarse, la tecnología podría eventualmente ser la base de «fábricas solares» en las que conjuntos de colectores solares dividen el agua en depósitos de combustible de hidrógeno, así como, por las razones que se analizan a continuación, uno o más productos químicos industriales. .)

“Comenzamos con un semiconductor que es muy similar al que tenemos en los paneles solares”, dice Amirav. Pero en lugar de tomar la ruta fotovoltaica de usar la luz solar para liberar una corriente de electrones, la reacción que están estudiando aprovecha la luz solar para eliminar de manera eficiente y rentable el hidrógeno de las moléculas de agua.

El gran obstáculo hasta la fecha ha sido que el hidrógeno y el oxígeno se recombinan con la misma facilidad una vez que se separan, es decir, a menos que se pueda introducir un catalizador en la reacción que separe los dos componentes del agua entre sí.

Introducción de nanopartículas, varillas de Amirav

Introduzca las nanopartículas en forma de varilla que Amirav y los co-investigadores han desarrollado. Las varillas con forma de varita (de 50 a 60 nanómetros de largo y solo 4,5 nm de diámetro) tienen todas las puntas de esferas de platino de 2 a 3 nm de diámetro, como canicas de tamaño nanométrico fijadas en los extremos de las pajitas para beber.

Desde 2010, cuando el equipo comenzó a publicar artículos sobre tales nanobarras especialmente afinadas, han estado ajustando el diseño para maximizar su capacidad de extraer tanto hidrógeno y exceso de energía como sea posible de la «conversión de energía solar a química».

Lo que nos devuelve a esos «otros» productos químicos industriales. Debido a que la creación de hidrógeno molecular a partir del agua también produce oxígeno, se dieron cuenta de que tenían que averiguar qué hacer con ese subproducto. «Cuando piensas en la fotosíntesis artificial, te preocupas por el hidrógeno, porque el hidrógeno es un combustible», dice Amirav. “El oxígeno no es un producto tan interesante. Pero ese es el cuello de botella del proceso «.

No se puede evitar el hecho de que el oxígeno liberado de las moléculas de agua divididas también se lleva la energía de la reacción. Entonces, a menos que se aproveche, en última instancia representa solo energía solar desperdiciada, lo que significa pérdida de eficiencia en la reacción general.

Mejora en la eficiencia que lo acerca a la producción práctica de hidrógeno

Entonces, los investigadores agregaron otra reacción al proceso. Su catalizador de nanovarillas con punta de platino no solo usa energía solar para convertir el agua en hidrógeno, sino que también usa el oxígeno liberado para convertir la molécula orgánica bencilamina en el químico industrial benzaldehído (comúnmente usado en tintes, extractos aromatizantes y perfumes).

En total, las nanovarillas convierten el 4,2 por ciento de la energía de la luz solar entrante en enlaces químicos. Teniendo en cuenta la energía del combustible de hidrógeno solo, convierten el 3,6 por ciento de la energía solar en combustible almacenado.

Pueden parecer figuras minúsculas. Pero el 3,6 por ciento sigue siendo considerablemente mejor que el rango del 1 al 2 por ciento que habían logrado las tecnologías anteriores. Y según el Departamento de Energía de EE. UU., Todo lo que se necesita para alcanzar lo que los investigadores llaman el «umbral de viabilidad práctica» para la generación de hidrógeno solar es una eficiencia del 5 al 10 por ciento.

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