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Sale el sol sobre la nueva ruta hacia el hidrógeno

Investigadores en China e Israel han desarrollado una nueva forma y más eficiente de utilizar la luz solar para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. El agua se oxida primero a peróxido de hidrógeno, que luego se descompone por medio de un catalizador químico barato. Los investigadores creen que el proceso, que necesita sólo catalizadores baratos, estables y respetuosos con el medio ambiente, se encuentra en la actualidad entre las técnicas de fotólisis más viables, pero que tienen también un margen importante para la optimización.

La producción de hidrógeno a partir de la luz solar es un reto. El procedimiento más conocido es la fotoelectrolisis: una célula fotovoltaica captura la energía de los fotones y la diferencia de potencial se utiliza para dividir el agua. La energía mínima necesaria es de 1.23eV, pero la reacción directa de división de agua proviene de un complejo camino de cuatro electrones, por lo que se requiere un voltaje de aproximadamente 2V para alcanzar una velocidad de reacción respetable. Esto puede requerir tres o incluso cuatro células solares, lo que aumenta el gasto.

Una opción más simple es la fotocatálisis, en la que un catalizador de luz absorbente en polvo es simplemente suspendido en el agua, absorbiendo fotones y catalizando el proceso de división. Esto es, en principio, mucho más barato y más fácil de industrializar. Sin embargo, muchos fotocatalizadores están a menos de 0,1% de eficiencia, requieren materiales costosos, tales como el oro, o dejan de funcionar rápidamente, a menudo debido a reacciones secundarias, tales como la producción de peróxido de hidrógeno, envenenando el catalizador.

Investigadores de la Universidad Soochow, en China, liderados por Zhenhui Kang decidieron maximizar la producción de peróxido de hidrógeno. Diseñaron un catalizador compuesto que contiene C3N4 barato y abundante en la tierra, en un compuesto especialmente diseñado que contiene nanopuntos de carbono. El fotocatalizador C3N4 divide el agua en hidrógeno y peróxido de hidrógeno, que normalmente se adhieren a la superficie del catalizador envenenándolo. Sin embargo, los nanopuntos de carbono actúan como un catalizador químico que descompone el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. Los nanopuntos también permiten al catalizador absorber más luz.

El nuevo catalizador posee una eficiencia de conversión de energía solar a hidrógeno del 2%. El mejor fotocatalizador para la división de agua hasta la fecha es el óxido de cobalto nanocristalino, que tiene una eficiencia de conversión de alrededor del 5%. Sin embargo, este comienza a perder su actividad en 1 hora. El fotocatalizador actual, sin embargo, no mostró ninguna degradación después de 200 días. Los investigadores calculan que si optimizan su fotocatalizador tendría una tasa de conversión del 5%, lo que reduciría el coste de producción de hidrógeno a $ 2.30/ kg (£ 1.50 / kg) - muy por debajo del objetivo fijado por el Departamento de Energía de Estados Unidos (4 dólares/ kg- 3,76 €/Kg).