Panel solar divide agua para producir hidrógeno

- Jan 11, 2021-

Fuente: spectrum.ieee.org


Solar Panel Splits Water To Produce Hydrogen


Los paneles solares se multiplican en los tejados y en los jardines de todo el mundo a medida que las comunidades claman por la 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 lugar, lo que permite a las familias calentar sus hogares sin ampliar 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 al que se enfrenta la economía del hidrógeno.


El hidrógeno, a diferencia de los combustibles fósiles, no produce emisiones de gases de efecto invernadero ni contaminación del aire cuando se utiliza en vehículos o edificios alimentados por pilas de combustible. Sin embargo, casi todo el hidrógeno producido hoy en día se hace utilizando unproceso industrialque implica gas natural, y esto en última instancia bombea más emisiones a la atmósfera.


Un pequeño pero creciente número de instalaciones están produciendo hidrógeno "verde" utilizando electrólisis, que divide las moléculas de agua utilizando electricidad, idealmente de fuentes renovables como la eólica y la solar. Otros investigadores, incluido el equipo de Bélgica, están desarrollando lo que se llama tecnologías directas de división de agua solar. Estos utilizan componentes químicos y biológicos para dividir el agua directamente en el panel solar, renunciando a la necesidad de plantas de electrólisis grandes y costosas.


"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 laCentro de Energía Solar de Floridaen la Universidad de Florida Central.


KU Lovainase encuentra en un campus de hierba en Flandes, la región septentrional de habla neerlandesa de Bélgica. A principios de este mes, el profesorJohan Martensy su equipo en elCentro de Química de Superficies y Catálisisanunció que su prototipo podría producir 250 litros de hidrógeno por día en promedio durante un año completo, lo que ellos afirman es un récord mundial. Una familia que vive en una casa belga bien aislada podría utilizar 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 unos 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 de 0.1 por ciento de eficiencia que lograron por primera vez hace 10 años. (Por separado, los 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 muy preocupado por su tecnología.Tom Bosserez, investigador postdoctoral, se negó a revelar cualquier detalle, citando preocupaciones de propiedad intelectual. Sólo dice que el laboratorio se especializa en "catalizadores, membranas y adsorbentes".


"Utilizando 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. Preguntado sobre algunos de los desafíos de ingeniería a los que se enfrentaron durante una década de desarrollo, dice: "La parte más difícil es sacar el agua del aire".


Los trabajos 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-juncióncélulas solares de siliciocon "dimensiones de poro a escala de micrometro";catalizadores de película delgadahecho de óxido de manganeso (III); y un poli (alcohol de vinilo)membrana de intercambio de anionessolución de hidróxido de potasio y catalizadores a base de níquel.


Martens dice generalmente que su equipo está usando "materias primas baratas" en lugar de metales preciosos y otros componentes caros. "Queríamos diseñar algo sostenible que sea asequible y 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 almacenaría en un pequeño recipiente a presión subterráneo durante los meses de verano, y luego se bombearía por toda la casa durante el invierno. Si todo va de acuerdo con el plan, 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 los paneles solares que producen hidrógeno podrían llegar a ser económicamente viables o cuándo. La tecnología todavía está 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 de energía renovable local como la solar en la azotea, ve un papel potencial para estos sistemas de hidrógeno.


"Si la aplicación funciona, podría prestarse muy bien a generar hidrógeno que podría almacenar y usar para el calentamiento de mi casa, para cocinar, tal vez ejecutarlo en mi coche de pila de combustible", dice Fenton. "Son estos tipos futuristas de oportunidades. Pero todavía es algo para lo que tenemos que prepararnos".