NeoFronteras

Se sigue investigando en nuevas formas de energía solar o métodos para sintetizar hidrocarburos.

Hoja artificial sobre hojas de Gygko. Fuente: Dominick Reuter.

En un ataque de optimismo o de exceso autopublicitario, alguien ha dicho por ahí que estamos en un “momento Spunik” en el que todo el mundo está persiguiendo nuevas formas de obtener energía que no dependan de los combustibles fósiles, al igual que en los cincuenta se perseguía el acceso al espacio. Es una cuestión de opinión.
En la actualidad la humanidad consume una potencia energética de 15.000 millones de vatios y el 85% de esa energía proviene la quema de combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas natural. Esta práctica, además de salir ya muy cara para el bolsillo, está dañando el clima y los océanos de una manera casi irreversible en la escala temporal humana. Lo peor es que se espera que para 2050 (en un ataque de optimismo que presupone que llegaremos a esa fecha) la humanidad ya consuma el doble de energía de lo que consume ahora.
Aunque todas las fuentes de energía alternativa se basan en última instancia en el sol, las dividimos en varios tipos y a una de ellas la llamamos solar. También hay varias aproximaciones en el campo de la energía solar. Uno puede ser el uso de paneles fotovoltaicos, que cada día tienen más rendimiento, son más baratos por vatios de potencia producida y se amortizan en un plazo inferior. Pero este sistema produce sólo electricidad, no produce los combustibles que usamos en nuestros automóviles, en el calentador del agua caliente de casa o en los fogones de la cocina (un sistema eléctrico en este caso es inasumible). Aunque ya hay automóviles eléctricos y calentadores de agua caliente sanitaria solares, sería interesante producir combustibles a partir de la luz del sol.
Desde hace muchos años se investiga en catalizadores que expuestos a la luz del sol puedan descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno. La ventaja es que el hidrógeno puede almacenarse hasta que se necesite. Este gas se puede quemar tal cual, combinado con el oxígeno en pilas de combustible para producir electricidad o combinado con carbono para sintetizar combustibles como el metano o los compuestos están presentes en la gasolina.
Hasta ahora los logros en este campo han sido modestos. Recientemente dos equipos independientes han informado de sus progresos en este campo.

Daniel Nocera, y su equipo del MIT, han conseguido crear una “hoja artificial” (por su similitud con la fotosíntesis) barata a partir de elementos abundantes en la corteza terrestre que, expuesta a la luz del sol y sumergida en el agua, genera oxígeno e hidrógeno separadamente. El rendimiento energético está entre un 2,5% y un 4,7% dependiendo de la configuración empleada.
Esta hoja consiste en una célula solar de silicio con catalizadores basados en cobalto y níquel a ambos lados. En un lado se deposita el catalizador basado en cobalto, que es la cara que genera el oxígeno. En la otra cara hay un catalizador basado en níquel, molibdeno y zinc que produce el hidrógeno. El aspecto crucial del sistema está en que los catalizadores se autorreparan durante el proceso y no se degradan.
El sistema no usa cables ni sistema eléctricos, simplemente, al meter la hoja en el agua, empieza a burbujear oxígeno e hidrógeno.
Ahora que han demostrado que el sistema es viable, estos investigadores planean aumentar el rendimiento del sistema, como por ejemplo usando silicio monocristalino de alta calidad o usando recubrimientos con partículas pequeñas que aumenten al área total y produzca mayor cantidad de gas. Según unos análisis realizador por el Departamento de Energía de EEUU esta geometría podría dar lugar a una producción de hidrógeno más barata que usar paneles fotovoltaicos y electrolisis.
El investigador advierte que queda mucho trabajo por hacer, pero imagina un futuro en el que las casas estén equipadas en los tejados con dispositivos de este tipo muy baratos que proporcionen la energía suficiente.
Sin embargo, dentro de la comunidad internacional de expertos del campo se discute si finalmente un sistema fotovoltaico barato sería mejor que este tipo de sistema. Al fin y al cabo, los que investigan en células solares de semiconductores no están con los brazos cruzados.

El segundo estudio está liderado por Richard Masel y Paul Kenis, de Dioxide Materials y University of Illinois respectivamente. En este caso consiguen convertir dióxido de carbono en monóxido de carbono (CO) que es el primer paso para sintetizar hidrocarburos. En otros estudios se ha tratado de dar con el catalizador adecuado para realizar esta conversión de una manera rentable, pero la necesidad de aplicar corriente de altos voltajes hacía que el proceso no fuera rentable.
Este grupo de investigadores ha encontrado un disolvente para el dióxido de carbono, en concreto un líquido iónico, que reduce el voltaje necesario en 10 veces. En este caso un líquido iónico (una sal líquida) proporciona una carga extra al dióxido de carbono que facilita su conversión en CO. Sin embargo, el rendimiento de este proceso es aún muy bajo, está incluso por debajo del rendimiento de la hoja artificial del caso anterior.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Vídeo en Youtube.
Noticia en Science.