NeoFronteras

Consiguen usar toda la gama visible del espectro electromagnético para producir hidrógeno a partir de agua.

Ciertas marcas de automóviles están apostando por el uso del hidrógeno y la pila de combustible, en lugar de baterías, en los coches eléctricos. Aunque, de momento, no han solucionado el problema de su almacenamiento. La combustión del hidrógeno, de manera directa o en una pila de combustible, sólo produce vapor de agua como emisiones, lo que es una ventaja.

Pero si vamos a sacar el hidrógeno del gas natural o del petróleo entonces la supuesta ecología de la economía del hidrógeno se cae por sí sola. Y es que el hidrógeno es un vector energético, pero no una fuente de energía. No hay fuentes de energía en la Tierra. Incluso aunque pudiéramos teletransportar hidrógeno desde Júpiter hasta la Tierra también habría un problema: consumiríamos el oxígeno de la atmósfera transformándolo en agua.

Lo ideal sería dividir el agua de los mares en hidrógeno y oxígeno usando alguna fuente de energía alternativa, gracias a algún tipo de catalizador. Luego se almacenaría ese hidrógeno para usarlo como fuente de calor si que quema directamente o como combustible en una pila de combustible para producir electricidad. Esto se podría hacer tanto para automoción, como para regular el suministro intermitente de energía que proporcionan los aerogeneradores y las plantan solares, sean térmicas o fotovoltaicas.

Un catalizador es una sustancia que participa en una reacción química facilitándola, pero sin consumirse en la misma. El uso de catalizadores baratos para la producción de hidrógeno ha sido siempre el talón de Aquiles de este tipo de ideas. Usar platino y metales nobles da muy buenos resultados, pero son muy caros y escasos.

Es ahora cuando llega el problema de los rendimientos. Pasar de la luz solar a energía eléctrica tiene un rendimiento que, ni mucho menos, llega al 100%. Su consumo en un motor eléctrico tampoco. Pero es que realizar la electrolisis y usar la pila de combustible también tienen pérdidas importantes, por lo que uno puede pensar que para ahorrarse estas pérdidas lo ideal es usar la electricidad directamente y usar baterías. Estás tampoco tienen un rendimiento del 100%, pero, parece que en este esquema ahora ganan la partida.

Sin embargo, puede que mejoremos los rendimientos del hidrógeno de origen solar si utilizamos un método más directo y optimizamos el rendimiento.

Esto es precisamente lo que está intentando hacer un grupo de investigadores dirigidos por Claudia Turro (Ohio State University). Ya han conseguido aprovechar todo el espectro visible de la luz solar para dividir directamente el agua y producir hidrógeno. Esto es lo que se ha venido llamando «fotosíntesis artificial».

El truco está en una molécula que absorba la luz de manera muy eficiente y que, a la vez, actúe como catalizador en la producción de hidrógeno.

La molécula encontrada es capaz de absorber todo el espectro visible y un 50% más de energía que las actuales células fotovoltaicas.

Los investigadores implicados creen que el hallazgo podría ayudar en la transición desde un sistema basado en combustibles fósiles a otro alternativo que no contribuya al cambio climático.

Los fotones de luz son absorbidos por la molécula y su energía es depositada en la excitación de dos electrones de la misma para ser utilizada más tarde. La energía de estos dos electrones, proveniente de sendos fotones, puede usarse entonces para producir hidrógeno.

Este logro no tiene precedentes en el campo. Es la primera vez que se demuestra que es posible usar la energía de los distintos fotones de la gama visible, incluyendo parte del infrarrojo, algo que había sido muy difícil de usar para producir hidrógeno con rapidez y eficiencia.

Hasta ahora las producción de este tipo de hidrógeno se había centrado en el uso de fotones de la parte más energética del espectro (alta frecuencia), incluso ultravioleta.

Además, los catalizadores que se usaban se sintetizaban a partir de dos o más moléculas, que intercambiaban electrones y, por tanto, energía, según les llegaba luz. Pero parte de la energía se perdía en este intercambio, haciendo que el sistema de multimolécula no fuera eficaz y diera rendimientos de conversión bajos.

Los pocos intentos de usar una sola molécula como catalizador no solían funcionan bien, principalmente porque no recolectaban energía de todo el espectro visible y también porque se degradaban rápidamente.

Estos investigadores se las ingeniaron para sintetizar una molécula a partir del elemento químico rodio, por lo que al ser sólo una molécula se pierde menos energía. Además se las apañaron para que captara fotones de todo el espectro visible. Este sistema es cerca de 25 veces más eficiente con fotones de baja energía que los sistemas de una sola molécula operando en el ultravioleta.

Los experimentos dueron realizados con una disolución ácida de estas molécula. Se ilumina con luz procedente de una lámpara LED y me midió el hidrógeno generado.

Antes de que esta idea tenga aplicaciones prácticas hay mucho trabajo por hacer, pues es sólo una prueba de concepto. Entre otros problemas está que el rodio es un metal precioso muy caro que es escaso en la corteza terrestre.

Este equipo de científicos está investigando ahora en cómo mejorar la molécula en cuestión para que produzca hidrógeno en largos periodos de tiempo y para sustituir el rodio por otro elemento más barato y abundante.

Copyleft: atribuir con enlace a htpps://neofronteras.com

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: David Monje/Unsplash.