Nueva plusmarca en hidrógeno solar
Consiguen llegar a un 19% de rendimiento en la producción de hidrógeno a partir de agua y de la luz del sol.
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No hay recursos en el planeta para mantener el crecimiento económico y demográfico que mantiene el ser humano, que son exponenciales. Entre muchos de los problemas y amenazas está el asunto de la energía.
Hasta ahora hemos crecido gracias a una fuente gratuita de energía: el petróleo. Sólo había que hacer un agujero en el suelo y extraerlo. Pero su combustión produce dióxido de carbono que está cambiando el clima terrestre. Además, se ha superado el cenit en la producción de hidrocarburos convencionales, así que ya hemos visto las orejas al lobo y necesitamos otras fuentes de energía.
El problema es, sobre todo, el transporte, que es muy dependiente del petróleo. El consumo de electricidad en los hogares es muy pequeño comparado con el transporte, no sólo de personas, sino, además, de mercancías. Pretender que el mercante que nos trae las uvas fuera de temporada del otro hemisferio sea eléctrico es un espejismo de ilusos.
Todavía no se ha ideado, y muchos piensan que no es posible, una economía como la actual totalmente electrificada. Si todas nuestras necesidades energéticas las quisiéramos cubrir con energía nuclear tendríamos que construir cientos de plantas nucleares y agotaríamos todo el uranio en menos de 20 años. Puede que el auto eléctrico parezca la solución, pero producir uno de ellos sale caro desde el punto de vista energético y no está claro que haya tanto litio en la corteza terrestre como para satisfacer la demanda de tanta batería.
Por ello, la idea del hidrógeno vuelve una y otra vez. Si somos capaces de producir hidrógeno de forma barata a partir de agua y energía alternativas, nuestros medios de transporte e incluso nuestra demanda de electricidad se podrían satisfacer usando ese hidrógeno en pilas de combustible.
La idea es seductora para las mismas compañías que nos venden gasolina y que sueñan con un modelo de negocio de tipo estación de servicio que provea de hidrógeno a nuestros autos y de gobiernos deseosos de gravar con impuestos ese hidrógeno. La posibilidad de que nos sirvamos de la electricidad fotovoltaica de nuestros propios tejados es su pesadilla para ambos.
Aunque el hidrógeno también tiene la ventaja de poderse almacenar para cuando no brille el sol o no sople el viento. Lo malo es que, precisamente, almacenar hidrógeno de una manera efectiva es un problema que todavía no se ha solucionado del todo, pues su licuefacción es energéticamente inviable.
Pero hay un problema más: la termodinámica. Podemos escapar de cualquier apuro o problema, pero no de las garras de la termodinámica. Cada sistema de producción de energía o cada cambio de formato de esa energía tiene un rendimiento, por lo que perdemos parte de la energía recibida. Si usamos electricidad fotovoltaica para producir hidrógeno, perdemos parte de esa energía eléctrica en la producción de hidrógeno y luego perderemos otra parte para producir electricidad en la pila de combustible a partir de ese hidrógeno.
Por eso, desde hace tiempo, se viene investigando en la producción directa de hidrógeno a partir de la luz del sol y agua a la manera en la que lo hacen las plantas con su fotosíntesis.
Ahora, un equipo internacional de investigadores ha conseguido obtener el mejor rendimiento hasta el momento, un 19%, en la producción directa de hidrógeno solar.
Para ello han combinado semiconductores de tipo II-V con nanopartículas de rodio que actúan de catalizador y usado un recubrimiento de dióxido de titanio cristalino que trata de evitar la corrosión.
Es decir, como en otro casos, se trata de combinar una célula fotovoltaica y un sistema catalítico que rompa la molécula de agua para producir el preciado gas en un bloque monolítico. Al sumergir este sistema en una disolución acuosa, y ser iluminado con luz, produce hidrógeno en una cara y oxígeno en la otra.
Parte de estos investigadores ya había conseguido anteriormente un récord del 14% con este mismo tipo de dispositivo, pero esta vez han mejorado la absorción de la luz gracias al uso de semiconductores III-V y a que la capa anticorrosión que usaban ha sido reemplazada por el cristal de óxido de titanio, que tiene buenas cualidades antirreflejo. Con ello han reducido muchas pérdidas producidas por la luz parásita en las absorciones y reflexiones.
Además, han desarrollado un nuevo sistema de producción de nanopartículas de rodio, que ahora miden sólo 10 nanómetros de diámetro, por lo que son virtualmente transparentes a la luz.
El una disolución de ácido perclórico el sistema alcanza un rendimiento del 19,3%, mientras que en una disolución de pH neutro obtienen un 18,5%. El límite teórico estaría en un 23% debido a propiedades físicas inherentes del sistema.
Otra mejora ha consistido en aumentar la vida operativa de este tipo de dispositivos en casi 100 horas, pues en los prototipos previos se corroía el sistema en 40 horas. Pero, obviamente, en este aspecto hay mucho que mejorar.
¿Estamos ante la solución de los problemas energéticos? No, aunque la durabilidad de este dispositivo fuera eterna, habría que encarar el problema peor de todos: la escasez del rodio en la corteza terrestre, que hace que ahora tenga un precio de 47000 dólares el kilo.
De todos modos, además del decrecimiento, haría falta una especie de «proyecto Manhattan» para el desarrollo de las energías alternativas y tecnologías asociadas que nos haga menos dependientes del petróleo. Nuestra supervivencia depende de lo bien que estemos preparados para un mundo sin petróleo o uno con un petróleo muy caro. Este resultado u otros similares contribuyen a alcanzar esa meta.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com
Fuentes y referencias:
Artículo original.
Dibujo: ACS Energy Letters.
10 Comentarios
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domingo 8 julio, 2018 @ 10:54 pm
Tampoco conviene fiarlo todo al hidrógeno porque tiene muy mal carácter. Se amalgama con toda aleación habida y por haber, atacándola, y se cuela por cualquier resquicio. Mientras lo tengamos confinado de forma iónica en un medio de reacción estupendo, pero tan pronto se sintetiza la molécula vamos mal. Yo más bien apostaría por fabricar a partir de él hidrocarburos (que es lo que hace la naturaleza), lo que se gana en manejo y distribución para mí compensa la pérdida TD, claro que no está escrito en ningún sitio que algún día se descubra la manera de utilizarlo sin estas pegas (de hecho, se propone ya hidrógeno metálico para propulsar cohetes espaciales, sería algo tan estupendo como haced un aerostato que utilizase de gas sustentador el vacío).
En cuanto al rodio no me preocuparía. Los mejores catalizadores de la naturaleza son moléculas orgánicas, perfectamente asequibles en cuanto a disposición de átomos. Una teoría de la catalización (que depende de las regiones de interacción en las geometrías moleculares) sería otra cosa estupenda, enzimas de diseño. Se diría que la naturaleza las encuentra sin mucha dificultad, simplemente con ensayo y error (y sí, la escala y tal, pero vamos, imposible no es).
lunes 9 julio, 2018 @ 1:43 am
El crecimiento poblacional no es exponencial, de hecho se está deteniendo y en España es negativo, es decir, decrece y genera miseria y empobrecimiento. Pero el nivel de consumo sí que es exponencial, sobre todo en esos países que dejan de crecer poblacionalmente, es decir, a menor crecimiento poblacional mayor aumento de consumismo y por tanto de huella ecológica y destrucción de la vida. Entonces el problema central es el consumismo derrochador de recursos naturales, no la población, es un problema cultural y de conciencia, no tanto un problema tecnocientífico. Un cambio de mentalidad acelerará la adaptación tecnocientífica y por lo tanto disminuirá el mal consumismo, cambiándose por otro mejor y manteniéndose el necesario crecimiento poblacional para que no colapsen las economías como ya está sucediendo en España por la despoblación.
lunes 9 julio, 2018 @ 10:52 am
Monsieur Alejandro, au contraire! El crecimiento mundial sigue siendo exponencial, y la economía del eterno crecimiento tampoco parece posible.
lunes 9 julio, 2018 @ 6:00 pm
Lea los datos demográficos, el crecimiento poblacional se está estancando, pero en los países dönde se detiene más el crecimiento poblacional aumenta más el consumismo derrochador, a menos población más consumismo derrochador y más destrucción ecológica, todo por el dios individualismo. El crecimiento puede ser ilimitado con la tecnociencia adecuada. De hecho en eso se basa la Escala de Cardashev de civilizaciones avanzadas. La despoblación nos llevará a un estancamiento y a un nuevo feudalismo paralizaror europeo, donde la innovación desaparecerá por falta de presión demográfica, es justo lo que pasa en España, dónde se han estancado en todo sentido, un nuevo tipo de feudalismo.
martes 10 julio, 2018 @ 10:01 am
No sé por qué muchas veces, al leer a Dr., me viene a la memoria el barón de Munchausen, que me cae un montón bien, dicho sea de paso, y para cuyas aventuras nada era imposible. Pero donde quiero terciar es entre Alejandro Sánchez y Miguel Ángel.
Que en España tengamos decrecimiento, lo que es cierto, no conlleva que a nivel planetario ocurra lo mismo. A esa dimensión el crecimiento poblacional sigue siendo exponencial. ¿Que es posible que algún día deje de serlo? Pienso que sí, y eso será una buena noticia, pero la veo a un plazo más lejano de lo que desearía. Por otra parte asumo que es más importante el consumo total de una población que el número de consumidores. Pero dudo mucho que se alcance una despoblación, aunque el traslado masivo del campo a las ciudades sea patente. Y llamarle feudalismo a lo que siempre -y más ahora- estamos viviendo, no me parece apropiado. Es una división clasista en la que los medios de sometimiento son distintos: por ejemplo unas democracias que no lo son.
martes 10 julio, 2018 @ 6:46 pm
Alejandro, entrar a pormenorizar una serie de puntos sería muy prolijo. Lo que dice es cierto por ejemplo en el caso de España, o al menos se le acerca mucho, se puede también admitir para muchos otros casos, pero globalmente para la humanidad, no. Es un fenómeno no tanto regional (o sí, pero su distribución geográfica no es obvia, y no contigua) cuanto de interfases. Lo que está pasando es que algunas sociedades están llegando tarde a un sistema de consumismo que era el patrón cuando el sistema iba a cañón como nunca (digamos 1950-1965, aunque los franceses hablan de los 20 gloriosos, creo), pero otras ni están llegando ni se espera, y otras que están en reflujo presentan un comportamiento caótico que apunta a nada bueno. Por otro lado, los patrones de consumo son completamente absurdos, por ejemplo el consumo de electrónica es lo que más se aproxima a la universalidad, es un dato bien conocido (y lamentablemente cierto) de que en la India hay más teléfonos móviles (celulares) que váteres (inodoros, sanitarios), y no pocos más, muchos más. Cientos de millones más. Un váter es algo muy sencillo de fabricar, puede hacerse localmente con recursos locales, un celular requiere de una cadena de producción global. El váter se conecta a una red sanitaria local, cuya infraestructura tampoco es excesivamente compleja, aunque ya es cara. La red de la telefonía es mucho más cara, y una vez más, su fabricación es global, no es posible hacerla localmente (no por ahora). Si bien un celular se puede considerar un elemento de consumo, lo cierto es que la tecnología de comunicación por RF trae mejoras objetivas, igual que trae cambios. Es difícil considerar un váter como un lujo o algo consumista (si hacemos abstracción de los artículos japoneses de este ramo), sin embargo la especie humana ha existido sin ellos, igual que sin celulares.
No es fácil marcar diferencias entre consumo, entendido como un uso de los recursos ineficiente y despilfarrador, y un digamos «consumo responsable». Claro que las hay, y en muchísimos casos son obvias, pero las cosas no son tan simples. No podemos terminar abruptamente con una cosa sin que eso no repercuta en todo el tinglado. Simplemente como en todos los sistemas sociales que históricamente hemos conocido, hay personas con privilegios y personas discriminadas, es decir, sistemas sin justicia social, por decirlo suavemente. Por eso no se preocupe usted por el aumento del consumo, porque eso no sucederá jamás. Simplemente se consume lo que saqueamos a la naturaleza, ni más ni menos, no se va a incrementar exponencialmente porque no hay suministro de recuros en esa progresión, y por eso en la India pueden fotografiar lo que hacen de letrina mientras los japoneses pueden hablar con su váter.
Ni que decir tiene que yo no veo la disminución de natalidad, simplemente como digo se desplaza (baja en Europa, se dispara en África, lo que ha pasado siempre entre arriba y abajo), todo es un suma cero, pero claro, el punto de vista puede engañar. Y engaña.
miércoles 11 julio, 2018 @ 7:06 am
Disparas, querido Dr., cual ametralladora en manos temblorosas y serías capaz de cargarte a toda una bandada de pájaros aun sin proponértelo. Pero no estoy de acuerdo en tu final: no hay suma cero, desgraciadamente. Hay crecimiento exponencial hasta el definitivo «se acabó» último.
miércoles 11 julio, 2018 @ 11:46 pm
En mi forma de ver, es un mito lo del crecimiento exponencial. Entendemos como exponencial una curva exponencial, evidentemente. Lo que no es exponencial son saltos abruptos en lapsos de tiempo breves para escalas históricas que pretenden ser exponenciales. El llenado del Mediterráneo (al fracturarse tectónicamente el estrecho de Gibraltar) no fue exponencial, entró agua a barullo la que podía por la grieta abierta y la cuenca, según simulaciones, se llenó en meses, no en años. Esto es lo mismo, al principio había cientos de miles de coches, ahora hay 1.200 millones, pero no hay ninguna exponencialidad, simplemente hay una capacidad de fabricación y otra de saturación, pero no es exponencial, simplemente es un salto abrupto (y que termina de la misma manera). Globalmente se puede pensar que hay tal exponencialidad, pero no es más que un cúmulo de saltos abruptos y desordenados interconectados de forma compleja y caótica. Por supuesto, podemos crear una religión del incremento del PIB, calculado como nos dé la gana y cambiando la metodología cuando nos dé la gana, al final como dice Speer en sus memorias ni en el momento de mayor producción la Alemania Nazi se acercó ni de lejos a las cifras del imperio alemán de la 1ª GM (sabrá de lo que hablaba, supongo). Como al final la energía viene del petróleo, y la extracción del mismo ya es sabido que es una campana (de Hubbert), puede parecer que la parte izquierda tenga una apariencia exponencial, pero no lo es (porque el mundo real suele no ser ideal), y además el uso de esa energía ni es constante, ni igual de eficiente, ni se emplea para las mismas cosas.
Que existe el mito del crecimiento exponencial es un hecho. Que la realidad es más bien aluviones aquí y allá, a mí me parece que es otro hecho. Sí, existe también el «crecimiento exponencial» del PIB per capita, como dogma central del asunto (superexponencial tendría que ser, dado que la población también crece, y por cierto en Europa ahora que sí es cierto que aminora, es precisamente cuando el PIB per capita se está desplomando, en Europa, como la esperanza de vida que encadena tercer año consecutivo de bajada en EEUU en un fenómeno inédito y apunta a una buena barrena). La capacidad de creernos lo increíble es fascinante.
Y bueno, no es un suma cero porque la banca (la entropía) siempre gana. Pero cuando nos hayamos pulido toda la batería de hidrocarburos me dirás si es o no es un suma cero.
En cuanto a la metralleta, hombre, prefiero que digas, si no te molesta la sugerencia, un papagayo de repetición al tiro a la escopeta. Las palabras no matan. O bueno, no tanto como los proyectiles de metal a velocidad supersónica (no recuerdo ahora que pueblo «primitivo» definía las balas como flechas que van tan rápidas que no se pueden ver).
jueves 12 julio, 2018 @ 12:57 am
Amigo Alejandro Sánchez, una cosa es que K/ardashov haya inventado esa escala, y otra que sea posible que una civilización avanzada obtenga el 100% de la energía de su estrella. Hace unos años estuvimos hablando sobre las esferas Dyson y se pusieron sobre el tapete muchos inconvenientes (cuando no límites físicos absolutos).
Si la población siguiese creciendo como lo ha hecho después de la Segunda Guerra Mundial, en poco más de 1.000 años la biomasa de humanos igualaría en peso a la de todo el planeta Tierra.
Por otra parte, la captura de la energía de una galaxia es algo rastreable con nuestra tecnología actual:
http://neofronteras.com/?p=4651
Saludos cordiales.
jueves 12 julio, 2018 @ 8:17 am
He de reconocer que el principio de la campana de Hubbert tiene la forma de un exponencial. Y es muy posible que tengas razón. Aun así pienso que el llenado del Mediterráneo no es el ejemplo idóneo, como no lo sería el de los huracanes que recorren las llanuras de USA o los terremotos, maremotos y otros sucesos ocasionales previsibles o no.