Hidrógeno verde a partir de energía solar
Un equipo de investigadores desarrolla una célula solar de alta eficiencia que permite la producción descentralizada de hidrógeno
Investigadores de todo el mundo trabajan en métodos más eficaces para producir hidrógeno. El hidrógeno podría contribuir decisivamente a reducir el consumo de materias primas fósiles, sobre todo si se produce utilizando energías renovables. Las tecnologías existentes para producir hidrógeno neutro para el clima siguen siendo demasiado ineficaces o caras para su aplicación generalizada. Un equipo de investigadores de la Universidad de Tubinga presenta ahora un nuevo tipo de célula solar con una eficiencia notablemente alta. Permite la producción descentralizada de hidrógeno y tiene potencial para aplicaciones a escala industrial. Los resultados se han publicado en la revista Cell Reports Physical Science.
La célula fotoelectroquímica Schlenk en el simulador solar. La zona rectangular gris con marco negro en primer plano es la célula solar fotoelectroquímica.
© Valentin Marquardt / Universität Tübingen
Una célula solar en picado
Cuando el hidrógeno se produce a partir del agua mediante electrólisis utilizando energías renovables, se denomina "hidrógeno verde" por su producción respetuosa con el clima. En la división solar del agua, a menudo denominada fotosíntesis artificial, el hidrógeno se produce utilizando la energía del sol. Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Matthias May, del Instituto de Química Física y Teórica de la Universidad de Tubinga, ha desarrollado una célula solar que forma parte integrante del aparato fotoelectroquímico y trabaja directamente con los catalizadores para la división del agua. La particularidad del desarrollo de Tubinga es que ya no es necesario un circuito externo adicional, como en un panel solar fotovoltaico.
Este enfoque innovador hace que la tecnología sea más compacta, más flexible y potencialmente más rentable. Pero este diseño conlleva mayores exigencias para la célula solar. "Entre los investigadores de este campo, conseguir una separación fotoelectroquímica o directa del agua estable y eficiente es una especie de santo grial", afirma May.
La particularidad de la estructura de la célula solar es el alto grado de control de las interfaces entre los distintos materiales. Las estructuras superficiales se producen y comprueban a escala de unos pocos nanómetros, o millonésimas de milímetro. Especialmente problemáticos son los pequeños defectos cristalinos que se producen, por ejemplo, durante el crecimiento de las capas de las células solares. Estos defectos también modifican la estructura electrónica y, por tanto, pueden reducir tanto la eficiencia como la estabilidad del sistema.
May añade: "En general, sin embargo, la corrosión -y, por tanto, la estabilidad a largo plazo de la célula solar en el agua- sigue siendo el mayor reto. En este aspecto, hemos hecho grandes progresos en comparación con nuestros trabajos anteriores".
El diseño técnico de la nueva célula es innovador y especialmente eficaz. El índice de eficiencia de la célula indica qué porcentaje de la energía procedente de la luz solar puede convertirse en energía de hidrógeno utilizable (poder calorífico). El equipo de investigación ha logrado una eficiencia del 18%, el segundo valor más alto jamás medido para la división solar directa del agua. Las primeras eficiencias significativas para la división solar del agua fueron presentadas en 1998 por el NREL en EE.UU. con un 12%. En 2015 se alcanzó el 14% (May et al.) y en 2018 el 19% (Cheng et al.).
Posible aplicación a gran escala
Varios emprendimientos en otras universidades demuestran que la tecnología, incluso con eficiencias mucho más bajas, puede comercializarse. Erica Schmitt, primera autora del estudio, explica: "Lo que hemos desarrollado aquí es una tecnología para la producción de hidrógeno solar que no requiere una conexión de alto rendimiento a la red eléctrica. Esto significa que también son concebibles soluciones autónomas más pequeñas y permanentes para el suministro de energía."
Los trabajos de Tubinga forman parte del proyecto conjunto H2Demo, en el que participan socios externos como el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE). Los próximos pasos incluyen la mejora de la estabilidad a largo plazo, la transferencia a un sistema material basado en silicio más rentable y la ampliación a superficies mayores. Los resultados de la investigación podrían contribuir significativamente al suministro de energía y a la reducción de las emisiones de CO2.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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