“Hoja artificial” produce combustible a partir de la luz solar
Última modificación 26 marzo, 2019
Células solares utilizadas recientemente para el desarrollo de catalizadores, pueden aprovechar el sol, dividiendo el agua en hidrógeno y oxígeno.
Investigadores dirigidos por el profesor Daniel Nocera del MIT, han producido algo que ellos llaman una «hoja artificial»: Al igual que las hojas naturales, el dispositivo puede convertir la energía de la luz solar en un combustible químico que puede ser almacenado y utilizado más tarde como fuente de energía.
La hoja artificial – una célula solar de silicio con diferentes materiales catalíticos dispuestos en sus dos lados – no necesita cables externos o circuitos de control para operar. Simplemente se coloca en un recipiente con agua y se expone a la luz del sol, rápidamente empieza a generar corrientes de burbujas: las burbujas de oxígeno se generan por un lado y las de hidrógeno por el otro. Si se colocase en un recipiente con una barrera para separar las dos partes, las dos corrientes de burbujas podrían ser recogidas y almacenadas y utilizadas más adelante para generar energía: por ejemplo, para alimentar una celda de combustible donde se vuelven a combinar de nuevo formando agua al tiempo que ofrece una corriente eléctrica.
La creación del dispositivo se describe en un artículo publicado el 30 de septiembre en la revista Science. Nocera, el profesor Henry Dreyfus de Energía y profesor de química en el MIT, es el autor principal, el papel fue co-escrito por su ex estudiante Steven Reece PhD ’07, junto con otros cinco investigadores de Sun Catalytix y el MIT.
El dispositivo, explica Nocera, está hecho de materiales de bajo costo y abundantes en la tierra – en su mayoría de silicio, cobalto y níquel – y que pueden funcionar en el agua corriente. Otros intentos para producir dispositivos que podrían utilizar la luz del sol para dividir el agua se han basado en soluciones corrosivas o en materiales relativamente raros y caros como el platino.
La hoja artificial es una lámina delgada de silicio semiconductor – material del que la mayor parte de las celdas solares están hechas – lo que convierte la energía de la luz solar en un flujo de electricidad sin cables dentro de la hoja. Vinculado a la silicona hay una capa de un catalizador a base de cobalto, que libera el oxígeno, un material cuyo potencial de generación de combustible de la luz solar fue descubierto por Nocera y sus co-autores en el año 2008. La otra cara de la hoja de silicio está recubierta con una capa de una aleación de níquel-molibdeno y zinc, que libera el hidrógeno de las moléculas de agua.
«Creo que va a haber oportunidades reales desde esta idea», dice Nocera. «No se puede conseguir nada más portátil – no necesita cables, es ligero,» y no requiere de mucho en cuanto a equipos adicionales.
Ahora que la «hoja» se ha demostrado, Nocera sugiere un posible desarrollo posterior: pequeñas partículas hechas de estos materiales que pueden dividir las moléculas de agua cuando se coloca en la luz del sol – lo que se parece más a las algas fotosintéticas que las hojas. La ventaja de esto, dice, es que las partículas pequeñas tienen un área superficial mucho mayor expuesta a la luz solar y el agua, lo que les permite aprovechar la energía solar de manera más eficiente.
El nuevo dispositivo aún no está listo para la producción comercial, desde sistemas para recoger, almacenar y utilizar los gases que habrá que desarrollar. «Es un paso», dice Nocera. «Se dirige en la dirección correcta.»
En última instancia, él ve un futuro en el que las casas individuales pueden ser equipadas con sistemas de energía solar recogida sobre la base de este principio: los paneles en el techo podrían utilizar la luz solar para producir hidrógeno y oxígeno que se almacena en tanques, y luego se alimenta a una pila de combustible cada vez que se necesita electricidad. Estos sistemas, Nocera espera, podrían ser lo suficientemente simples y económicos para que puedan ser ampliamente adoptados en todo el mundo, incluyendo muchas áreas que actualmente no tienen acceso a fuentes fiables de electricidad.
La Investigación en curso de Nocera con la hoja artificial está dirigido a «manejar costes más bajos», dice, y buscando formas de mejorar la eficiencia del sistema. En la actualidad, la hoja puede redirigir un 2,5 % de la energía de la luz solar en la producción de hidrógeno en su forma inalámbrica, una variación usando cables para conectar los catalizadores de la célula solar en lugar de disponerlos juntos ha alcanzado un 4,7 % de eficiencia. (Las células solares típicas comerciales actuales tienen una eficiencia de más del 10%). Una pregunta que Nocera y sus compañeros se plantean es cuál de estas configuraciones será más eficiente y rentable a largo plazo.
Otra línea de investigación es explorar el uso de módulos fotovoltaicos (células solares) de materiales distintos al silicio – tales como el óxido de hierro, que podría ser incluso más barato de producir. «Se trata de ofrecer opciones de cómo llegar a esto», dice Nocera.
Fuente: David L. Chandler, MIT News Office
