Un nuevo catalizador desata el potencial del hidrógeno verde con luz solar.

El nuevo catalizador de hidrógeno verde es diez veces más eficaz que los sistemas anteriores y, además, tiene capacidades autorregenerativas para una mayor duración.

Coches con una autonomía de miles de kilómetros, aviación sostenible o almacenamiento de electricidad renovable son algunas de las posibilidades que abre la producción de hidrógeno verde. Se trata, además, de la segunda pata de la revolución renovable: si la energía eólica y solar ofrecen electricidad, el hidrógeno verde constituirá también una alternativa a los combustibles fósiles en procesos industriales que requieran potencia calorífica. El principal reto de esta tecnología es alcanzar la viabilidad comercial, para lo que el nuevo catalizador desarrollado por la Universidad de Michigan en EE. UU. podría suponer un gran impulso.

¿Cuáles son las principales técnicas para producir hidrógeno verde?

El agua es el compuesto con mayor presencia de hidrógeno en nuestro planeta por lo que todos los esfuerzos para obtener hidrógeno verde van encaminados a dividir sus enlaces atómicos y separarlo del oxígeno. En la actualidad se utilizan básicamente tres tipos de reacciones para lograrlo:

1. Electroquímicas (Electrólisis). Se basan en transmitir una corriente eléctrica a través de unos electrodos -un ánodo y un cátodo- sumergidos en agua con un electrolito como la sal o un ácido que potencia su conductividad. Para generar el hidrógeno verde en este caso se utiliza electricidad procedente de fuentes renovables.
2. Fotocatálisis / Fotoelectroquímicas. Recurren a la luz solar que, al entrar en contacto con catalizadores o con semiconductores fabricados con materiales fotoelectroquímicos a modo de catalizador, liberan el hidrógeno del agua al convertir los fotones en electrones libres. Este proceso es parecido al de la fotosíntesis con el que las plantas obtienen átomos de hidrógeno del agua a partir de la luz solar.
3. Termoquímicas. Se basa en la aplicación de altas temperaturas que son capaces de romper la molécula de agua, transformando así la energía térmica en energía química. Bien en un solo paso -termólisis- con temperaturas superiores a 2.000 ºC, o en ciclos termoquímicos en etapas con menores temperaturas.

Un nuevo catalizador de hidrógeno verde autorregenerativo

Hasta ahora, la producción de hidrógeno verde a escala industrial se está centrando en tecnologías electroquímicas, pero las investigaciones en torno a las tecnologías fotocatalíticas y fotoelectroquímicas están ofreciendo resultados alentadores. La mayor ventaja es que la luz solar se utiliza directamente para generar la reacción en lugar de transformarla en electricidad para llevar a cabo la electrólisis, lo que a la larga podría ofrecer una mayor eficiencia de conversión. El principal obstáculo para esta tecnología era que los catalizadores empleados se degradaban rápidamente o eran muy inestables. De ahí que nuevo catalizador autorregenerativo de hidrógeno verde desarrollado por la Universidad de Michigan sea una tecnología tan prometedora.

El dispositivo creado por el equipo de científicos de la universidad estadounidense se compone de una lente del tamaño de una ventana que concentra la luz solar sobre un panel transparente que contiene el agua y el nuevo catalizador. Este último se basa en nanoestructuras de nitruro de galio-indio cultivadas sobre una superficie de silicio. Gracias a una capa aislante en el panel, se alcanzan temperaturas de hasta 75º C, lo que estimula la reacción fotocatalítica. El resultado es una eficiencia del 9 % en la extracción del hidrógeno del agua, lo que prácticamente multiplica por diez la eficiencia de tecnologías similares.

El semiconductor empleado ofrece varias ventajas. Por un lado, tal como se ha anticipado, es muy duradero. Concretamente, puede resistir el equivalente a la luz de ciento sesenta soles sin deteriorarse, demostrando incluso capacidades autorregenerativas. Por otro lado, aprovecha todo el espectro solar: las longitudes de onda superiores para generar la reacción y la radiación infrarroja para potenciarla. Ambos aspectos podrían redundar en la generación de hidrógeno verde con un coste mucho más reducido.

Acelerar la producción de hidrógeno verde con ultrasonidos

Con independencia de estos avances, la producción de hidrógeno verde por medio de procesos electroquímicos también está experimentando grandes mejoras. La última de ellas, protagonizada por la Universidad de Melbourne en Australia, pasa por emplear ultrasonidos, lo que multiplica por catorce la cantidad de hidrógeno generado con las técnicas de electrólisis habituales. La tecnología, además de potenciar la producción de hidrógeno, evita que se acumulen burbujas de oxígeno e hidrógeno en los electrodos.

Por otro lado, la eficiencia de la nueva técnica permite prescindir de los electrolitos ácidos habituales. A su vez, la ausencia de ácido posibilita el uso de electrodos sin necesidad de materiales anticorrosión –como el platino o el iridio– que tienen un elevado coste. Todo ello abarata el proceso de producción del hidrógeno verde y lo acerca a la viabilidad comercial.

Una vez superados los retos de producir hidrógeno verde a escala industrial, se abrirá un infinito abanico de aplicaciones. Por ejemplo, es posible que se convierta en el gran aliado de la aviación sostenible, tal como avanzábamos en este artículo. Y quién sabe si desempeñará un papel crucial en la movilidad urbana, tal como demuestra esta curiosa bicicleta impulsada con una pila de hidrógeno.

FUENTE: imnovation-hub