Fuente: spectrum.ieee.org
Los paneles solares se multiplican en los tejados y en los jardines de todo el mundo a medida que las comunidades claman por electricidad renovable. Pero los ingenieros en Bélgica dicen que los paneles podrían hacer más que mantener las luces encendidas: también podrían producir gas hidrógeno en el sitio, lo que permitiría a las familias calentar sus hogares sin expandir su huella de carbono.
Un equipo enKatholieke Universiteit Lovaina, o KU Lovaina,dice que se ha desarrolladoun panel solar que convierte la luz solar directamente en hidrógeno utilizando la humedad en el aire. El prototipo toma el vapor de agua y lo divide en moléculas de hidrógeno y oxígeno. Si se escala con éxito, la tecnología podría ayudar a abordar un desafío importante que enfrenta la economía del hidrógeno.
El hidrógeno, a diferencia de los combustibles fósiles, no produce emisiones de gases de efecto invernadero o contaminación del aire cuando se usa en vehículos o edificios impulsados por celdas de combustible. Sin embargo, casi todo el hidrógeno producido hoy en día se hace utilizando unproceso industrialeso involucra gas natural, y esto en última instancia bombea más emisiones a la atmósfera.
Un número pequeño pero creciente de instalaciones están produciendo hidrógeno "verde" usando electrólisis, que divide las moléculas de agua usando electricidad, idealmente de fuentes renovables como la eólica y la solar. Otros investigadores, incluido el equipo en Bélgica, están desarrollando lo que se llama tecnologías solares directas de división de agua. Estos utilizan componentes químicos y biológicos para dividir el agua directamente en el panel solar, renunciando a la necesidad de grandes y costosas plantas de electrólisis.
"Encontrar una manera de crear hidrógeno de alguna manera más fácil o más eficiente es tal vez una búsqueda del Santo Grial", diceJim Fenton, que dirige elCentro de Energía Solar de Floridaen la Universidad de Florida Central.
KU Lovainase encuentra en un campus cubierto de hierba en Flandes, la región norteña de habla neerlandesa de Bélgica. A principios de este mes, profesorJohan Martensy su equipo en elCentro de Química de Superficies y Catálisisanunciaron que su prototipo podría producir 250 litros de hidrógeno por día en promedio durante un año completo, lo que afirman es un récord mundial. Una familia que vive en una casa belga bien aislada podría usar alrededor de 20 de estos paneles para satisfacer sus necesidades de energía y calefacción durante todo un año, predicen.
El panel solar mide 1,65 metros de largo, aproximadamente la altura de un refrigerador de cocina, o este reportero, y tiene una potencia nominal de aproximadamente 210 vatios. El sistema puede convertir el 15 por ciento de la energía solar que recibe en hidrógeno, dice el equipo. Eso es un salto significativo desde el 0.1 por ciento de eficiencia que lograron por primera vez hace 10 años. (Por separado, investigadores internacionales el año pasadodijo que lograron19 por ciento de eficiencia en la producción de hidrógeno a partir de la división directa del agua solar).
Sin embargo, el laboratorio de Martens estaba apretado sobre su tecnología.Tom Bosserez, un investigador postdoctoral, se negó a revelar detalles, citando preocupaciones de propiedad intelectual. Solo dice que el laboratorio se especializa en "catalizadores, membranas y adsorbentes".
"Usando nuestra experiencia en esta área, pudimos desarrollar un sistema que es muy eficiente para tomar agua del aire y dividirla en hidrógeno mediante el uso de energía solar", escribió Bosserez en un correo electrónico. Cuando se le preguntó sobre algunos de los desafíos de ingeniería que enfrentaron durante una década de desarrollo, dice: "La parte más difícil es sacar el agua del aire".
Los documentos académicos ofrecen pistas dispersas sobre la tecnología, aunque Bosserez dice que su investigación "va más allá de lo que publicamos". En los últimos años, los ingenieros han estudiado la eficacia de una variedad de materiales, incluyendo poroso, multi-unióncélulas solares de siliciocon "dimensiones de poro a escala micrómetro";catalizadores de película delgadahecho de óxido de manganeso (III); y un poli (alcohol vinílico)membrana de intercambio anióncon una solución de hidróxido de potasio y catalizadores a base de níquel.
Martens dice en general que su equipo está utilizando "materias primas baratas" en lugar de metales preciosos y otros componentes caros. "Queríamos diseñar algo sostenible que fuera asequible y que se pueda usar prácticamente en cualquier lugar".le dijo a VRT, una red pública de radiodifusión en Bélgica.
Los investigadores planean probar su prototipo en una casa en la ciudad rural de Oud-Heverlee. El hidrógeno se almacenaba en un pequeño recipiente a presión subterráneo durante los meses de verano, y luego se bombeaba por toda la casa durante el invierno. Si todo va según lo planeado, Martens dice que el equipo podría instalar 20 paneles en la casa, o construir un sistema de vecindario más grande para permitir que otras familias usen el hidrógeno "verde".
Fenton, del Centro de Energía Solar de Florida, dice que es demasiado pronto para determinar si o cuándo los paneles solares productores de hidrógeno podrían volverse económicamente viables. La tecnología todavía se encuentra en la etapa de desarrollo muy temprana y, particularmente en los Estados Unidos, los combustibles de calefacción existentes, como el gas natural, son relativamente baratos. Sin embargo, a medida que los países trabajan para abordar el cambio climático, y a medida que más comunidades instalan infraestructura local de energía renovable como la energía solar en los tejados, ve un papel potencial para estos sistemas de hidrógeno.
"Si la aplicación funciona, podría prestarse muy bien a la generación de hidrógeno que podría almacenar y usar para la calefacción de mi casa, para cocinar, tal vez ejecutarlo en mi automóvil de pila de combustible", dice Fenton. "Son este tipo de oportunidades futuristas. Pero todavía es algo para lo que tenemos que prepararnos".