El hidrógeno alimentado por energía solar está a un paso más cerca

Una forma más barata, limpia y sostenible de producir combustible hidrógeno a partir del agua utilizando la luz solar está cada vez más cerca gracias a la nueva investigación del Centro de Tecnologías Químicas Sostenibles de la Universidad de Bath.

Con la presión que se ejerce sobre los líderes mundiales para que reduzcan significativamente las emisiones de carbono a fin de resolver una emergencia relacionada con el cambio climático, existe una necesidad urgente de desarrollar alternativas energéticas más limpias a la quema de combustibles fósiles. El hidrógeno es una alternativa de combustible de emisión cero de carbono que puede ser utilizado para propulsar automóviles, produciendo sólo agua como producto de desecho.

Se puede hacer dividiendo el agua en hidrógeno y oxígeno, sin embargo, el proceso requiere grandes cantidades de electricidad. La mayor parte de la electricidad se produce quemando metano, por lo que los investigadores de la Universidad de Bath están desarrollando nuevas células solares que utilizan la energía de la luz directamente para dividir el agua.

La mayoría de las células solares actualmente en el mercado están hechas de silicio, sin embargo son caras de fabricar y requieren una gran cantidad de silicio muy puro para su fabricación. También son bastante gruesas y pesadas, lo que limita sus aplicaciones.

Las células solares perovskitas, que utilizan materiales con la misma estructura tridimensional que el óxido de titanio de calcio, son más baratas de fabricar, más delgadas y pueden imprimirse fácilmente en las superficies. También funcionan en condiciones de poca luz y pueden producir un voltaje más alto que las células de silicio, lo que significa que pueden utilizarse en interiores para alimentar dispositivos sin necesidad de conectarlos a la red eléctrica.

La desventaja es que son inestables en el agua, lo que supone un gran obstáculo para su desarrollo y también limita su uso para la generación directa de combustibles de hidrógeno limpios.

El equipo de científicos e ingenieros químicos del Centro de Tecnologías Químicas Sostenibles de la Universidad de Bath ha resuelto este problema utilizando un revestimiento impermeable de grafito, el material utilizado en las minas de lápices.

Probaron la impermeabilización sumergiendo las células perovskitas recubiertas en agua y utilizando la energía solar cosechada para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Las celdas recubiertas trabajaron bajo el agua durante 30 horas, diez horas más que el registro anterior.

Después de este período, el pegamento que emparedaba la capa a las células fracasó; los científicos anticipan que el uso de un pegamento más fuerte podría estabilizar las células durante más tiempo aún.

Anteriormente, las aleaciones que contienen indio se utilizaban para proteger las células solares para la separación del agua, sin embargo, el indio es un metal raro y por lo tanto es caro y el proceso de extracción para obtenerlo no es sostenible.

En su lugar, el equipo de Bath utilizó grafito disponible en el mercado, que es muy barato y mucho más sostenible que el indio.

La Dra. Petra Cameron, profesora titular de Química, dijo: «La tecnología de células solares perovskitas podría hacer que la energía solar fuera mucho más asequible para la gente y permitir que las células solares se imprimieran en las tejas de los tejados. Sin embargo, por el momento son realmente inestables en el agua – las células solares no son de mucha utilidad si se disuelven en la lluvia!

«Hemos desarrollado un recubrimiento que podría impermeabilizar eficazmente las células para una amplia gama de aplicaciones. Lo más emocionante de esto es que utilizamos grafito disponible en el mercado, que es mucho más barato y sostenible que los materiales probados anteriormente».

Las células solares perovskitas producen un voltaje más alto que las células basadas en silicio, pero aún no son lo suficientemente necesarias para dividir el agua utilizando únicamente células solares. Para resolver este desafío, el equipo está añadiendo catalizadores para reducir el requerimiento de energía necesario para impulsar la reacción.

Isabella Poli, Marie Curie FIRE Fellow y estudiante de doctorado del Centro de Tecnologías Químicas Sostenibles, dijo: «Actualmente, el combustible de hidrógeno se obtiene quemando metano, que no es ni limpio ni sostenible.

«Pero esperamos que en el futuro podamos crear hidrógeno limpio y oxígeno a partir de energía solar usando células perovskitas.»

La investigación se realizó en colaboración con el equipo SPECIFIC de la Universidad de Swansea.