Mayor eficiencia energética, menos costes. En la Universidad de Rice se han propuesto lograr la cuadratura del círculo en lo que a producción de hidrógeno con energía solar se refiere. Y al menos según los datos que acaban de desgranar en un artículo publicado en Nature, en el que presumen de haber alcanzado un nivel de conversión "récord", no les ha ido nada mal en el empeño. Su objetivo: facilitar la apuesta por el hidrógeno verde, pieza crucial en el tablero energético del futuro y en cuya producción España aspira a desempeñar un papel destacado.
De ahí que el logro de Rice haya generado expectación.
¿Cuál es la novedad? Que un equipo de investigadores de la Universidad de Rice, con sede en Houston, Texas, acaba de presentar un nuevo dispositivo que —reivindican sus creadores— es capaz de producir hidrógeno mediante energía solar ofreciendo un nivel de "eficiencia récord" y "sin precedentes". Su trabajo lo han detallado en la revista Nature Communications y deja de entrada un dato tan interesante como prometedor: una eficiencia de conversión del 20,8%.
Otra de las grandes ventajas que reivindican desde la Universidad de Rice es el bajo coste del semiconductor que incorpora su dispositivo, lo que esperan que facilite su implantación. "Es una primicia en un campo que ha estado dominado históricamente por semiconductores prohibitivamente caros y puede representar una vía hacia la viabilidad comercial de este tipo de dispositivos por primera vez en la historia", reflexiona Austin Fehr, uno de los autores del estudio de Nature.
Fotorreactor desarrollado por el equipo de Rice.
¿Y cómo es el dispositivo? Para entender sus resultados hay que conocer dos de sus grandes peculiaridades: la combinación de electrocatalizadores y perovskita de haluro, nombre que recibe el subconjunto de perovskitas orgánicas-inorgánicas híbridas que contienen iones de haluros, como yoduro o bromuro, y destacan por su enorme potencial para convertir la luz solar en electricidad. Los científicos las descubrieron hace ya algunos años, pero siguen mirándolas como "uno de los materiales más prometedores" para dispositivos solares y emisores de luz.
"Nuestros resultados son los de mayor eficiencia para las células fotoelectroquímicas sin concentración solar y los mejores en general para las que utilizan semiconductores de haluro de perovskita", comenta Fehr. Rice reivindica que la tecnología que han desarrollado representa un "importante paso adelante" en el terreno de la energía renovable, y recalcan: "Podría servir como plataforma para una amplia gama de reacciones químicas que usan electricidad captada con energía solar para convertir las materias primas en combustibles".
Iimágenes que muestran cómo un fotorreactor de Rice divide las moléculas de agua y genera hidrógeno cuando es estimulado por la luz solar simulada.
¿Qué lo caracteriza? Para darle forma los investigadores, entre los que se encuentra el ingeniero Aditya Mohite, fabricaron el fotorreactor con una barrera anticorrosión que destaca por su doble capacidad: aísla el semiconductor del agua sin impedir la transferencia de electrones. Las peroskitas de haluro son inestables en agua y los recubrimientos que suelen utilizarse para aislar los semiconductores terminan dañándolos o interrumpiendo su función, con lo que la tarea fue un reto.
"Durante los últimos dos años hemos estado probando diferentes materiales y técnicas", explica Michael Wong, ingeniero también de Rice y coautor del estudio. Tras probar diferentes soluciones con resultados más o menos positivos, el equipo llegó a la conclusión de que necesitaba que la barrera incluyera dos capas: una para bloquear el agua y otra que permita un buen contacto eléctrico entre las capas.
¿Conocemos más detalles? Sí. Los investigadores han explicado que su dispositivo es una celda fotoelectroquímica que permite la absorción de luz, convertirla en electricidad y usarla después para impulsar una reacción química como la que permite dividir el agua en oxígeno e hidrógeno, el proceso conocido como "electrólisis". Cuando el proceso se logra con fuentes de energía renovables, como ocurre en el caso de Rice, se habla de "hidrógeno verde". Si a lo que se recurre es a combustibles fósiles se denomina hidrógeno marrón o gris.
"Hasta ahora el empleo de la tecnología fotoelectroquímica para producir hidrógeno verde se veía obstaculizado por la baja eficiencia y alto coste de los semiconductores —explica Rice—. Todos los dispositivos de este tipo producen hidrógeno verde usando solo luz solar y agua, pero el nuestro resulta excepcional porque tiene una eficiencia récord y usa un semiconductor que es muy barato".
¿Por qué es importante? Por sus posibilidades en el campo de las energías renovables. "Nuestro objetivo es construir plataformas económicamente viables que puedan generar combustibles derivados de la energía solar. Aquí diseñamos un sistema que absorbe luz y completa la química electroquímica de división del agua en su superficie", precisa Fehr. La barrera que han diseñado puede utilizarse además con diferentes reacciones e incluso semiconductores: "Con más mejoras en la estabilidad y escala, podría abrir la economía del hidrógeno y cambiar la forma en que los humanos fabrican cosas, desde combustible fósil a solar".
Imágenes: Gustavo Raskosky/Rice University y Mohite lab/Rice University
Ver 12 comentarios