Aprovechamiento eficiente de la energía solar
La búsqueda de catalizadores eficaces y respetuosos con los recursos
El hidrógeno tiene un enorme potencial como combustible, siempre que se produzca a partir de energías renovables. Pero, ¿con qué eficiencia podemos producir hidrógeno verde en cantidades suficientes? Este es el objetivo de un grupo de investigación dirigido por Jacob Schneidewind, del Centro de Química Energética y Medioambiental de la Universidad Friedrich Schiller de Jena (Alemania). Su proyecto SINATRA: SolSTEP, centrado en la búsqueda de fotocatalizadores de dos pasos para la producción integrada de combustibles a partir de la luz solar, ha recibido del Ministerio Federal de Educación e Investigación alemán (BMBF) una financiación de 2,8 millones de euros para un periodo de seis años. La financiación forma parte del programa SINATRA del BMBF, que apoya a grupos de investigación noveles dedicados a la fotosíntesis artificial y las materias primas alternativas para la producción de hidrógeno. El proyecto, que acaba de comenzar en Jena, explora medios para producir hidrógeno mediante fotocatálisis.
El Dr. Jacob Schneidewind y su equipo investigan la producción de hidrógeno con ayuda de la luz solar.
Jens Meyer/Uni Jena
La búsqueda de catalizadores eficaces y respetuosos con los recursos
El principio de la fotocatálisis es relativamente sencillo: el agua se mezcla con catalizadores que, con ayuda de la luz solar, dividen el agua en hidrógeno y oxígeno. Como explica Jacob Schneidewind, esto se ha demostrado en la práctica, con instalaciones de prueba iniciales construidas en Japón. Pero hay una trampa: mientras que los sistemas fotovoltaicos basados en silicio pueden producir electricidad a partir de la luz solar con una eficiencia global superior al 20%, los sistemas fotocatalíticos de producción de hidrógeno funcionan con una eficiencia de sólo el 2%. "Buscamos catalizadores que mejoren esta eficiencia", explica este químico de 27 años. Los catalizadores también tienen que ser sostenibles y respetuosos con los recursos. El equipo de Jacob Schneidewind investiga actualmente materiales de nitruro de carbono y polímeros conjugados. Ambas sustancias existen en forma de polvo y están compuestas exclusivamente de carbono y nitrógeno. La clave de una mayor eficiencia podría residir en la estructura de estos materiales y su estabilidad a lo largo del tiempo. Según Jacob Schneidewind, la eficacia de los catalizadores disminuye con el tiempo, lo que obliga a reactivarlos. Por eso su grupo está estudiando la posibilidad de crear un sistema de circuito cerrado que permita reactivar repetidamente los catalizadores en declive restaurando su estructura.
Los países soleados ofrecen lugares de producción adecuados
Schneidewind señala el mundo natural como fuente de inspiración de la idea del grupo de investigación. Su objetivo es desarrollar un sistema que funcione de forma similar a la fotosíntesis en las plantas. Schneidewind explica que es posible diseñar el sistema de modo que funcione en dos fases: en la primera se activa el catalizador y en la segunda se produce el hidrógeno. "Realizaremos experimentos para determinar si esto puede funcionar realmente", afirma. El objetivo es tener un prototipo funcional al final del proyecto, que durará seis años. Un posible método consiste en hacer fluir la mezcla de agua y catalizador a través de almohadillas de papel de aluminio, parecidas al plástico de burbujas. Cuando se colocan en un lugar soleado, el hidrógeno y el oxígeno se acumulan en las almohadas. El siguiente paso es separar los dos gases mediante filtros especiales o carbón activado. La urea puede servir como materia prima para producir estos catalizadores. Se utiliza en grandes cantidades en contextos agrícolas y sería un recurso rentable. Según Schneidewind, las nuevas plantas de producción de combustible solar funcionarían mejor en países con una insolación mucho mayor que la de Alemania, y recomienda regiones del norte de África u Oriente Medio. Por el momento, sin embargo, estas consideraciones quedan muy lejos.
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