Actualizado: 15/12/2021
Usando materiales mucho más baratos que otros competidores de alto rendimiento, podría ser un paso significativo hacia la generación de hidrógeno limpio y asequible.
La gran densidad de energía del hidrógeno ofrece algunas ventajas interesantes que podrían marcar la diferencia en los sectores de la aviación eléctrica y el eVTOL, así como en la energía renovable, donde es una forma ligera y transportable, si no particularmente eficiente, de almacenar energía limpia que no se genera necesariamente donde o cuando se necesita.
También se está impulsando como un medio de exportar energía verde, y Japón y Corea en particular están invirtiendo de forma firme en la idea de una economía de energía de hidrógeno que alimente todo, desde los vehículos hasta los hogares y la industria.
Para que esto suceda a una escala comercial, es imprescindible que la producción limpia y verde de hidrógeno se vuelva más económica, porque en este momento, las formas más sencillas y baratas de conseguir un tanque lleno de hidrógeno son complejas.
Así, los métodos de producción ecológicos y renovables son los importantes para los investigadores y la industria, y un nuevo avance de los científicos de la Universidad Nacional Australiana (ANU) podría hacer una contribución significativa.
Se trata de una célula fotoelectroquímica (PEC) de energía solar a hidrógeno (STH), una célula que capta la energía solar y el agua y produce directamente hidrógeno en lugar de alimentar un sistema de electrólisis externo. En este caso, pone una célula fotovoltaica perovskita en tándem con un fotoelectrodo, y funciona mejor que cualquier dispositivo similar que se haya construido, usando semiconductores relativamente baratos.
El voltaje generado por un material semiconductor bajo la luz solar es proporcional a su ancho de banda. El silicio, el material fotovoltaico más popular en el mercado, sólo puede producir un tercio del voltaje necesario para dividir el agua directamente. Si usamos un semiconductor con una separación de banda del doble de la del Silicio, puede proporcionar suficiente voltaje, pero hay una compensación. Cuanto mayor sea la brecha de banda, menor será la capacidad de captura de la luz solar de un semiconductor. Para romper este compromiso, usamos dos semiconductores con bandas más pequeñas en tándem que no sólo capturan la luz solar de manera eficiente, sino que juntos producen el voltaje necesario para generar hidrógeno espontáneamente.
Dr. Siva Karuturi, PhD, investigador principal del Colegio de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la ANU.
Una métrica clave aquí es la eficiencia de la energía solar al hidrógeno, y el objetivo final, tal como lo estableció el Departamento de Energía de los Estados Unidos hace casi una década, es el 25 %, con un objetivo del 20 % para el año 2020.
Y mientras que las células hasta ahora diseñadas alcanzaron el 19 %, en ellas han usado materiales semiconductores prohibitivamente caros. Nada de lo que podría llamarse asequible ha logrado romper la barrera del 10 % hasta este diseño, que las simulaciones de laboratorio bajo condiciones controladas han fijado en un impresionante 17,6 % de eficiencia usando un fotoelectrodo de silicio/titanio/platino.
El equipo dice que sus resultados sugieren «inmensas oportunidades» para una mayor optimización. El diseño puede hacerse más eficiente afinando los diseños de los componentes individuales, y puede hacerse aún más barato sustituyendo los metales catalíticos por materiales más abundantes.
El objetivo final es conseguir que la producción de hidrógeno renovable y verdaderamente limpio baje a precios de alrededor de 2 dólares por kg, donde puede competir cara a cara con el hidrógeno sucio y, de hecho, con los combustibles fósiles.
Se podrían lograr importantes reducciones de costes mediante el uso del enfoque de energía solar a hidrógeno, ya que evita la necesidad de energía adicional y la infraestructura de red necesaria cuando el hidrógeno se produce en su lugar utilizando un electrolizador. Y al evitar la necesidad de convertir la energía solar de corriente continua a corriente alterna y viceversa, además de evitar las pérdidas de transmisión de energía, la conversión directa de la energía solar en hidrógeno puede lograr una mayor eficiencia global para el proceso total.
Dr. Karuturi
Más información: onlinelibrary.wiley.com
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