Comienza el nuevo año y viene cargado con avances novedosos en el área de la generación y aprovechamiento de energía. En esta entrada vamos a referirnos a un sistema desarrollado por un equipo de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) en que permite almacenar la energía solar en forma de un combustible limpio: El hidrógeno.
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Aunque la idea no es nueva (científicos llevan trabajando en ellos durante décadas), sí que lo es el enfoque que los científicos de la EPFL le han dado, buscando un sistema barato y ecológico que permitiera almacenar la energía renovable.
¿Cómo puede la energía solar almacenarse para estar disponible todo el tiempo, día y noche, en días claros o nublados? Los científicos de la EPFL están desarrollando una tecnología que permite transformar la energía solar en un combustible limpio, con una huella de carbono neutra: El hidrógeno.
Los ingredientes básicos son el agua y óxidos metálicos, como el óxido de hierro. Kevin Sivula y sus colegas se pusieron como límite la utilización de materiales baratos y de procesos de producción sencillos con el objeto de obtener un método viable y económico para la producción solar de hidrógeno (El dispositivo se describe en un artículo publicado en Nature Photonics).
La idea de convertir la energía solar en hidrógeno tampoco es nueva; se lleva trabajando en el tema durante más de cuatro décadas. Durante los años noventa, la Escuela Politécnica Federal de Lausana en Suiza se unió a esta búsqueda, con la labor de investigación de Michael Gratzel. Junto a un colega de la Universidad de Ginebra en Suiza, inventó una técnica con la que usar energía solar para extraer directamente el hidrógeno del agua. El principio básico es una célula solar basada en tintes, combinada con un semiconductor basado en un óxido.
El dispositivo es completamenente autosuficiente. En él, los electrones producidos se usan para descomponer las moléculas de agua y obtener oxígeno e hidrógeno. Dos capas distintas tienen la función de generar los electrones cuando son estimuladas por la luz.
La parte más cara: La placa de vidrio
El equipo del último prototipo se centró en resolver el principal problema de esta tecnología: su coste. Un equipo de EE.UU llegó a alcanzar un eficiencia del 12.4 %, y aunque el sistema era muy interesante desde el punto de vista teórico tenía un coste de unos 10.000 dólares para una superficie de 10 cm. cuadrados.
Por esto los ciéntíficos se impusieron una limitación desde el principio: usar únicamente técnicas y materiales asequibles. El material más caro en este dispositivo es la placa de vidrio.
La eficiencia es aún baja (entre un 1,4% y 3.6 %), pero la tecnología tiene un gran potencial. Se espera que con este concepto más económico basado en el óxido de hierro se alcancen eficiencias de un 10% en pocos años, con un coste inferior a 80 $ por metro cuadrado. Este coste permitiría al sistema ser muy competitivo frente a los tradicionales métodos de producción de hidrógeno.
El semiconductor que produce la evolución de la reacción del oxígeno es el óxido de hierro. Es un material estable y abundante, aunque como contrapartida es uno de los peores semiconductores disponibles.
Nano-óxido mejorado con silicio
Este es el porqué de que el óxido de hierro usado por estos investigadores esté un poco más desarrollado que el que encontramos habitualmente. Este óxido está nanoestructurado, mejorado con óxido de silicio, cubierto con una capa de óxido de aluminio y otra de óxido de cobalto. Estos tratamientos optimizan las propiedades electroquímicas del material, pero no son sencillas de aplicar. Se hace necesario desarrollar métodos sencillos de preparación, como pintar o bañar el material.
La segunda parte del material está compuesta por un tinte de dióxido de titanio (componente básico de las células solares tintadas) Esta segunda capa permite que los electrones transferidos por el óxido de hierro ganen la suficiente energía para extraer el hidrógeno del agua.
Un espectacular potencial- hasta el 16%
Los resultados presentados en la publicación Nature Photonics representan un avance que ha sido posible debido a los recientes avances en el estudio del óxido de hiero y en las tinturas sensibles de dióxido de titanio. Sivula prevé que esta tecnología de célula solar podrá alcanzar una eficiencia del 16 % con el óxido de hierro y su bajo coste, que es su principal atractivo. Haciendo posible almacenar energía solar de una manera económica el sistema desarrollado por EPFL podría incrementar considerablemente el potencial de la energía solar usándola con una fuente renovable viable en el futuro.
Más información . Escuela Politécnica Federal de Lausana
Nature Photonics
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