¡El santo grial! Científicos buscan utilizar energía solar para producir combustibles limpios a partir del hidrógeno

El pasado 15 de enero, se hizo eco sobre un nuevo proyecto encabezado por Kevin Sivula, ingeniero químico de la EPFL, junto con su equipo; el cual propone el desarrollo de un sistema para producir combustibles limpios a partir del hidrógeno, en Suiza. Dicho proyecto combina tecnología basada en semiconductores con electrodos novedosos que son porosos y transparentes. Así, pretenden crear un dispositivo que simplemente se exponga a la energía solar y tome agua del aire para producir gas hidrógeno.

En pocas palabras, este es un proyecto que permite que la tecnología usada alimentada por la energía solar logre transformar el agua, en su estado gaseoso del aire, en combustible de hidrógeno. Así como en Texas (Estados Unidos), en donde implementaron un nuevo proyecto que propone crear combustible limpio a partir del agua gracias al aire, esta iniciativa resulta prometedora para producir combustible y promover un verdadero futuro energético del planeta valiéndose de las cualidades del hidrógeno.

Científicos quieren usar la luz solar para producir combustible del hidrógeno

En la fotosíntesis, las plantas capturan energía solar que se convierte en energía química en forma de glucosa, por medio del uso de agua y dióxido de carbono, así el oxígeno se libera como un subproducto. En base a esta naturaleza, dichos seres vivos son capaces de transformaron la luz solar en energía química, haciendo uso del dióxido de carbono del aire; precisamente, esto es lo que ha llamado la atención de los científicos de Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) en Suiza.

En su investigación sobre combustibles renovables libres de fósiles, los ingenieros de EPFL en colaboración con Toyota Motor Europe, idearon una nueva tecnología inspirada en el modo en que las plantas pueden aprovechar el dióxido de carbono del aire para convertir la energía solar en energía química. Entonces, con el impulso adicional de energía de la luz solar, las plantas logran transformar estas moléculas en azúcares y almidones que se almacenan, posteriormente, en enlaces químicos.

Como resultado, tras realizar arduas investigaciones con este enfoque, Kevin Sivula, ingeniero químico de la EPFL, y su equipo; dieron un paso importante para impulsar esta iniciativa y acerca esta visión a la realidad. El pasado 4 de enero, presentaron un informe que plantea el desarrollo de un ingenioso sistema, el cual mezcla tecnología basada en semiconductores con electrodos novedosos que tienen dos características clave: Son porosos y transparentes.

Dada su relevancia en el mundo científico, rápidamente, dicho proyecto se hizo eco y fue publicado este 15 de enero, con más detalle. Tal y como afirman, consiste en un sistema que combina dos particularidades clave, tanto para maximizar el contacto con el agua en el aire (por su porosidad) como también para elevar la exposición a la luz solar del revestimiento semiconductor (por su transparencia). Una vez el dispositivo se expone a la luz del sol, automáticamente toma agua del aire y produce gas hidrogeno, de forma natural.

Lo más atractivo de esta iniciativa, radica en los innovadores electrodos de difusión de gas, los cuales son porosos, transparentes y conductores a la vez. Dichas características ayudan a que esta tecnología alimentada por energía solar convierte el agua en combustible de hidrógeno, cuando se encuentra en su estado gaseoso del aire. Siendo así, una propuesta bastante competitiva desde un punto de vista económico y sostenible.

“Para lograr una sociedad sostenible, necesitamos formas de almacenar energía renovable como productos químicos que puedan usarse como combustibles y materias primas en la industria. La energía solar es la forma más abundante de energía renovable, y nos esforzamos por desarrollar formas económicamente competitivas de producir combustibles solares”.

Kevin Sivula, ingeniero químico de la EPFL e investigador principal del estudio.

Por lo tanto, en lugar de construir electrodos con capas tradicionales que suelen ser opacas a la luz solar, Sivula y su equipo desarrollaron electrodos transparentes de difusión de gas totalmente novedosos. Para poder actuar como una hoja artificial captando agua del aire y luz solar para producir gas hidrógeno, los científicos optaron por recubrir dichos electrodos con un material semiconductor que es captador de luz, esencialmente. Es por esto que, la energía de la luz del sol se almacena en forma de enlaces de hidrógeno.

Para construir electrodos de difusión de gas transparentes, los investigadores comienzan con un tipo de lana de vidrio (que son fibras de cuarzo conocidas como “óxido de silicio”) y lo procesan en obleas de fieltro al fusionar las fibras a alta temperatura.

Con ello, ha quedado demostrado que las celdas electroquímicas funcionan con gases en lugar de líquidos, gracias a lo que la tecnología impulsada por los expertos de la EPFL se puede adaptar para recolectar humedad del aire y como resultado, obtener el nuevo electrodo de difusión de gas. Así, es posible realizar fotosíntesis artificial generando combustible de hidrógeno a partir de agua líquida y luz solar, haciendo uso de un dispositivo llamado celda fotoelectroquímica (PEC).

Según los materiales empleados, la máxima eficiencia teórica de conversión solar en hidrógeno de la oblea recubierta es del 12%, mientras que las células líquidas han demostrado una eficiencia de hasta el 19%.

El hidrógeno sigue demostrando que es el verdadero futuro energético del planeta

Desde hace algunos años, el hidrógeno se ha considerado un elemento clave para optimizar el futuro energético del planeta e impulsar un verdadero avance en este sector. Por ejemplo, a principios de noviembre de 2022, se conoció que han conseguido crear un motor de hidrógeno para trenes que cambiará la industria de la transportación, desde el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y Wabtec Corp.

Este consiste en un motor de locomotora de un solo cilindro que utiliza hidrógeno, exclusivamente, como combustible. Por ende, no emite gases de efecto invernadero y no deja residuos en el aire. De tal manera, la creación de motores de hidrógeno es un punto clave para seguir promoviendo la sostenibilidad en la industria de ferrocarriles que planea transformar la misma, con el objetivo de minimizar la alta contaminación ambiental que causa.

Debido a sus pros, los expertos aseguran que la implementación de motores de hidrógeno en la industria de la transportación impulsará la próxima generación de trenes con hasta un 100% de hidrógeno y otros combustibles bajos de carbono, para poder prescindir de la tecnología diésel actual que resulta tan contaminante.

Este enfoque también ha captado la atención del mundo científico con el primer motor de hidrógeno para aviones que fue todo un éxito gracias a Rolls-Royce y easyJet.

A través de una prueba, quedó en evidencia que esta tecnología basada en usar hidrógeno verde generado en las Islas Orcadas como combustible para aviones, es factible y podría convertirse en una realidad entre 2030 y 2035. Los representantes de ambas empresas enfatizaron que, dicho experimento es un gran avance para la descarbonización de las aeronaves; de manera que seguirán trabajando para lanzar el primer vuelo y situarse por encima de los motores eléctricos, como alternativa sostenible.

It’s a world first! Earlier this year we announced our hydrogen programme with @easyJet Today, we are delighted to announce that we have set a new aviation milestone with the world’s first run of a modern aero engine on #hydrogen.
More here: https://t.co/3rtfp07kMw#racetozero pic.twitter.com/f2P6nX2LZS

— Rolls-Royce (@RollsRoyce) November 28, 2022

En resumidas cuentas, las ventajas de utilizar hidrógeno verde como combustible es que comprende una energía limpia, ya que el único residuo que produce es el agua.

Asimismo, es almacenable porque se puede comprimir y acumular durante mucho tiempo sin ningún riesgo, aparte de que también es renovable, pues emplea recursos de la naturaleza que no se agotan. Por esto, el hidrógeno verde será uno de los protagonistas de la inminente transición energética que las economías mundiales, para lograr la neutralidad en carbono y combatir el cambio climático.