Los investigadores de la Universidad de Texas en Austin han encontrado una forma económica de utilizar la energía solar para generar la reacción clave para producir hidrógeno como fuente de energía limpia. El hallazgo, publicado recientemente en Nature Communications, representa un adelanto hacia una mayor adopción del hidrógeno como parte fundamental de nuestra infraestructura energética.

«Se necesitan materiales que absorban bien la luz solar y que, al mismo tiempo, no se degraden mientras se producen las reacciones de separación del agua», explica Edward Yu, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Cockrell School.

El problema de los materiales

Normalmente los materiales que son buenos para absorber la luz solar tienden a ser inestables en las condiciones requeridas para la reacción de división del agua, mientras que los materiales que son estables tienden a ser malos absorbentes de la luz solar. Pero combinando varios materiales, uno que absorbe eficazmente la luz solar, como el silicio y otro que proporciona una buena estabilidad el dióxido de silicio, se podría resolver el problema.

Pero esto plantea otro desafío, los electrones y los agujeros creados por la absorción de la luz solar en el silicio deben poder moverse fácilmente a través de la capa de dióxido de silicio. Esto requiere que la capa de dióxido de silicio no tenga más de unos pocos nanómetros, lo que reduce su eficacia a la hora de proteger el absorbente de silicio de la degradación.

¿Cómo se solucionó el problema?

La clave de este avance se debe a un método para crear caminos conductores de electricidad a través de una capa gruesa de dióxido de silicio que puede realizarse a bajo coste y escalarse a grandes volúmenes de fabricación.

Para conseguirlo, Yu y su equipo utilizaron una técnica que es: recubrir la capa de dióxido de silicio con una fina película de aluminio y calentar a continuación toda la estructura. Se forman conjuntos de «picos» de aluminio a nanoescala que puentean completamente la capa de dióxido de silicio. Éstos pueden sustituirse fácilmente por níquel u otros materiales que ayuden a catalizar las reacciones de separación del agua.

Cuando son iluminados por la luz solar, los dispositivos pueden oxidar eficazmente el agua para formar moléculas de oxígeno, al tiempo que generan hidrógeno en un electrodo separado y presentan una estabilidad extraordinaria en un funcionamiento prolongado.

Ya se ha presentado una solicitud de patente provisional para comercializar la tecnología.

El Hidrógeno como fuente de combustible

Mejorar la forma de generar el hidrógeno es fundamental para que se convierta en una fuente de combustible viable. La mayor parte de la producción de hidrógeno actual se realiza mediante el calentamiento de vapor y metano, pero esto depende en gran medida de los combustibles fósiles y produce emisiones de carbono.

Existe un impulso hacia el hidrógeno verde, que utiliza métodos más respetuosos con el medio ambiente para generar hidrógeno. Y esta investigación puede ser una parte clave para conseguir hidrógeno verde.

El hidrógeno tiene potencial para convertirse en un importante recurso renovable con algunas cualidades únicas. Ya tiene un papel importante en procesos industriales significativos y está empezando a aparecer en la industria del automóvil. Las baterías de pila de combustible parecen prometedoras para el transporte de larga distancia y podría ser una gran ayuda para el almacenar el exceso de energía eólica y solar producida cuando las condiciones sean propicias para ello.

Fuente: Universidad de Texas