Un equipo de investigadores de la Universidad de Exeter ha desarrollado un método para producir hidrógeno, que puede usarse como combustible, al dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, utilizando solo la luz solar.
El combustible de hidrógeno producido de esta manera tiene muchas ventajas. Es puro y barato. También es renovable con cero emisiones de carbono, a diferencia de los combustibles fósiles.
La investigación está dirigida por Govinder Pawar, estudiante de doctorado en el Instituto de Medio Ambiente y Sustentabilidad de la Universidad de Exeter.
El artículo se publica en la revista Informes científicos.
La necesidad urgente de energía renovable
Existen Más de 7.6 mil millones personas en el mundo de hoy, con el número proyectado para alcanzar Más de 9.2 mil millones en el 2040.
A medida que la población crece, el consumo mundial de energía también aumentará, un aumento del 28 por ciento de 2015 a 2040. Como resultado, las emisiones de dióxido de carbono relacionadas con la energía del mundo aumentarán en 16 por ciento durante ese mismo período.
Los combustibles fósiles se encuentran actualmente 80 por ciento de las necesidades energéticas del mundo. Si bien se espera que el consumo de combustibles no fósiles crezca más rápido que el de los combustibles fósiles, aún se proyecta que los combustibles fósiles proporcionen 77 por ciento del uso energético mundial en 2040.
Los combustibles fósiles y las emisiones resultantes de gases de efecto invernadero son perjudiciales para salud y el medio ambiente. El cambio climático no solo está afectando al medio ambiente, como en las inundaciones más frecuentes, los huracanes más violentos y los incendios forestales más intensos, por ejemplo, sino que también tiene serias consecuencias. consecuencias sociopolíticas.
En un esfuerzo por abordar estas amenazas gemelas, dos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de 17 adoptados por las Naciones Unidas en 2015: SDG 7 (Energía Limpia y Asequible) y SDG 13 (Acción por el clima) - llama a la acción global en ambos.
Del mismo modo, el Acuerdo de París, que entró en vigencia en noviembre 4, 2016, también apunta a fortalecer la respuesta global al cambio climático. Hasta la fecha, los países de 176 han ratificado este acuerdo. (Estados Unidos se retiró del Acuerdo de París en junio 2017.)
El método
El método de los investigadores para producir combustible de hidrógeno ayuda a promover estos objetivos.
Su novedoso enfoque se basa en un nuevo fotoelectrodo que desarrollaron, utilizando nanopartículas de tres elementos: lantano, hierro y oxígeno. Un fotoelectrodo es un electrodo que absorbe luz y desencadena transformaciones electroquímicas.
"La técnica involucra un material semiconductor que pretende imitar la fotosíntesis natural en las plantas de una manera artificial (fotosíntesis artificial), de manera más efectiva", dijo Pawar.
“El material semiconductor, en nuestro caso LaFeO.3, convierte la luz del sol en hidrógeno mediante la división del agua ".
El sistema funciona así.
Básicamente, "el fotón entrante del sol excita los electrones a través del intervalo de banda de los materiales donde luego es extraído por H+ "Los iones forman moléculas de hidrógeno", dijo Pawar.
"Luego, más tarde, el hidrógeno se convertirá de nuevo en agua al reaccionar con oxígeno en una celda de combustible para generar electricidad, una técnica que ya está bien establecida".
En este punto, los investigadores solo están haciendo pequeños fotoelectrodos (3 × 3 cm) que cuestan aproximadamente £ 30 (aproximadamente $ 40) por electrodo.
Los investigadores creen que su fotoelectrodo puede adaptarse a una escala mayor para su uso masivo y mundial.
"Esta técnica es muy importante para la generación de energía en el futuro, ya que los combustibles fósiles son una fuente de energía finita y se agotarán", dijo Pawar.
“También producen una gran cantidad de gases de efecto invernadero que podemos ver que tienen un efecto negativo en nuestro mundo con cambios climáticos impredecibles y capas de hielo que se están derritiendo, lo que está teniendo un efecto en las corrientes marinas y en el aumento del nivel del mar. La división del agua solar para generar hidrógeno podría ser una de las respuestas para ayudar a sostener la demanda mundial de energía de una manera 'verde' mediante el uso de los vastos recursos naturales que tenemos a mano, el sol y el agua ".
Porque es ideal
El sol es la fuente de energía renovable más abundante. Puede proporcionar hasta 100,000 terawatts de energía cada año, lo que significa que el valor de una hora de energía solar es igual a todo un año de consumo total de energía en todo el mundo.
Desafortunadamente, los esfuerzos previos para convertir la luz solar en una fuente de energía ampliamente almacenable no han tenido éxito porque, hasta ahora, nadie había descubierto cómo producir un material semiconductor adecuado para el proceso.
Esa brecha ha sido ocupada por Pawar y su equipo, cuya tecnología está diseñada para hacer precisamente eso.
"Esta técnica es ideal, ya que todo lo que requiere es un material semiconductor, luz solar y agua, donde los dos últimos son abundantes y prácticamente ilimitados", dijo Pawar.
“Nuestro material ha demostrado que no se requiere un sesgo externo (es decir, la electricidad de la red eléctrica) para realizar este proceso, y cuando se combina el hidrógeno con el oxígeno para generar electricidad, el único subproducto es el agua. ¡No hay emisión de carbono! ”
¿Qué es lo siguiente?
Los investigadores actualmente están trabajando para mejorar la eficiencia de su tecnología.
Si bien la tecnología no sería comercialmente viable durante años, es un gran paso adelante para el combustible solar.
"Creo que aún faltan algunas décadas para que esto sea comercialmente viable debido a que la mayoría de los materiales no pueden realizar el proceso sin un sesgo externo, o usar elementos tóxicos, o ser inestables o costosos de fabricar", dijo Pawar.
"Sin embargo, nuestro material es una buena base sobre la cual nos puede llevar en la dirección correcta, ya que no es tóxico, es estable, no es caro y puede generar hidrógeno sin un sesgo externo".
