Dos científicas del Instituto Tecnológico Technion-Israel de Haifa han desarrollado un innovador sistema prototipo para la producción eficiente y segura de hidrógeno utilizando únicamente energía solar. El sistema contiene una célula solar de dos capas, conocida como célula Tándem, “que permite un uso más eficiente del espectro de luz”, según el Technion.
Esto significa que “una parte de la radiación del Sol es absorbida por la capa superior de la célula solar, que está hecha de óxido de hierro semitransparente”, dijo el Technion. “La radiación que no es absorbida en esta capa pasa a través de ella y es posteriormente absorbida por una célula fotovoltaica, que es una célula solar especializada que convierte la energía de la luz directamente en electricidad… Juntas, las dos capas del sistema proveen la energía necesaria para deconstruir el agua”.
La investigación fue dirigida por la estudiante de doctorado Avigail Landman y la estudiante de maestría Rawan Halabi. La investigación fue facilitada conjuntamente por el Prof. Avner Rothschild del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del Technion y el Prof. Gideon Grader de la Facultad de Ingeniería Química. La Dra. Paula Dias y el Prof. Adelio Mendes de la Universidad de Oporto en Portugal también contribuyeron a la investigación.
El poder dividir el agua en hidrógeno y oxígeno utilizando energía solar “provee una manera de producir combustible de hidrógeno en un proceso limpio que toma solamente agua y energía solar y los convierte en combustible de hidrógeno limpio sin ningún otro subproducto, excepto oxígeno”, dijo Rothschild al Jerusalén Post.
“El oxígeno puede ser liberado a la atmósfera; no hay absolutamente ningún daño en esto”, dijo, añadiendo que “también puede ser usado para procesos químicos”.
Rothschild dijo que el hidrógeno producido por este proceso podría reemplazar a los combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural. Dijo que esto podría incluir la calefacción de áreas residenciales y/o industriales, “alimentar vehículos eléctricos que funcionan con gas de hidrógeno y producen agua en la tubería de escape en lugar de gases tóxicos en motores de petróleo o diesel, y producir amoníaco que es necesario para los fertilizantes para la producción de alimentos”, entre otros usos.
Rothschild destacó que el hidrógeno producido puede ser utilizado para la conversión de energía a gas, “para almacenar el exceso de energía producida durante los momentos de máxima producción, cuando la producción de energía es mayor que la demanda, convirtiendo el exceso de energía en combustible de hidrógeno mediante la división del agua, almacenando el hidrógeno y utilizándolo cuando y donde se necesite la energía”.
Esto puede ser muy útil para los parques solares o eólicos que producen mucha energía en las horas punta, “pero no producen nada por la noche [los parques solares] o cuando no hay viento [los parques eólicos]… No se puede depender de estas fuentes de energía para satisfacer la demanda, a menos que se pueda almacenar el exceso de energía producida durante las horas de máxima producción y convertirla de nuevo en energía cuando sea necesario”, dijo. “Este es el principal obstáculo para aumentar el uso de los parques solares y eólicos y hacer de estas fuentes de energía renovable nuestra principal fuente de electricidad”. La separación solar del agua es también “una forma atractiva de almacenar energía solar en combustible de hidrógeno limpio,” dijo Rothschild.
Esta tecnología daría lugar a un aumento de la utilización de la energía solar que puede “sustituir a las centrales eléctricas convencionales como las de carbón o gas natural y, en última instancia, permitiría la transición de la producción de energía a partir de combustibles fósiles a la producción de energía solar”, dijo. “Esto eliminaría alrededor de un tercio de las emisiones de CO2 producidas por el hombre”.
Rothschild advirtió que hay que tener en cuenta que incluso cuando la tecnología esté disponible, la “inversión en la construcción de nueva infraestructura para reemplazar los combustibles fósiles por combustible de hidrógeno sería enorme”.
“Por lo tanto, llevará muchos años llegar allí”, dijo.
La investigación esboza un nuevo camino para resolver uno de los desafíos más críticos en la división del agua, que es la separación de los gases de hidrógeno y oxígeno, dijo Rothschild.
“En la separación convencional de agua, los gases de hidrógeno y oxígeno son producidos [al igual que] dos electrodos sumergidos en agua muy cerca uno del otro para minimizar las pérdidas”, dijo. “Debes separar el hidrógeno producido en uno de estos electrodos del oxígeno producido en el otro electrodo. De lo contrario, se recombinarán [para formar agua] o incluso peor, podrían encender fuego espontáneamente porque la mezcla de hidrógeno y oxígeno es extremadamente inflamable”.
Para asegurarse de que no se remezqulen, se coloca una membrana, o diafragma, para separar un electrodo del otro, dijo Rothschild, y añadió que estos separadores son caros, y “el montaje de la célula se vuelve muy complicado porque hay que asegurarse de que no haya fugas”.
En los campos solares, el hidrógeno es muy difícil de producir en esta configuración, por lo que este avance actual es tan importante, dijo.
