Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), Suiza, han creado un dispositivo inteligente capaz de producir grandes cantidades de hidrógeno limpio.
Al concentrar la luz solar, su dispositivo utiliza una cantidad menor de los materiales raros y costosos que se requieren normalmente para producir hidrógeno, sin embargo, aún mantiene una alta eficiencia de energía solar a combustible. Su investigación se ha llevado a la siguiente escala con una instalación piloto localizada en el campus de la EPFL.
El hidrógeno desempeñará un papel clave en la reducción de nuestra dependencia de los combustibles fósiles. Puede producirse de forma sostenible utilizando energía solar para dividir las moléculas de agua.
La energía limpia resultante puede almacenarse, utilizarse para alimentar automóviles o convertirse en electricidad a pedido. Pero hacerlo de manera confiable a gran escala y a un costo asequible es un desafío para los investigadores. La producción eficiente de hidrógeno solar requiere materiales raros y costosos, tanto para las células solares como para el catalizador, para recolectar energía y luego convertirla.
Por ello, los científicos del Laboratorio de Ciencia e Ingeniería de Energía Renovable (LRESE) de la EPFL tuvieron la idea de concentrar la irradiación solar para producir una mayor cantidad de hidrógeno en un área determinada a un costo menor.
Desarrollaron un sistema foto-electroquímico mejorado que, cuando se usa junto con la irradiación solar concentrada y la gestión térmica inteligente, puede convertir la energía solar en hidrógeno con una tasa de conversión del 17% y una potencia y densidad de corriente sin precedentes. Además, su tecnología es estable y puede manejar la dinámica estocástica de la irradiación solar diaria.
Los resultados de su investigación acaban de publicarse en Nature Energy.
“En nuestro dispositivo, una delgada capa de agua corre sobre una célula solar para enfriarla. La temperatura del sistema sigue siendo relativamente baja, lo que permite que la célula solar proporcione un mejor rendimiento”, dice Saurabh Tembhurne, coautor del estudio.
“Al mismo tiempo, el calor extraído por el agua se transfiere a los catalizadores, lo que mejora la reacción química y aumenta la tasa de producción de hidrógeno”, agrega Fredy Nandjou, investigador del LRESE. Por lo tanto, la producción de hidrógeno se optimiza en cada paso del proceso de conversión.
Los científicos utilizaron el simulador solar único de LRESE para demostrar el rendimiento estable de su dispositivo. Los resultados de las demostraciones a escala de laboratorio fueron tan prometedores que el dispositivo ha sido mejorado y ahora se está probando en el exterior, en el campus de Lausana de la EPFL. El equipo de investigación instaló un espejo parabólico de 7 metros de diámetro que concentra la irradiación solar en un factor de 1,000 e impulsa el dispositivo. Las primeras pruebas están en curso.
Los científicos estiman que su sistema puede funcionar durante más de 30,000 horas, o casi cuatro años, sin reemplazo de partes, y hasta 20 años si algunas partes se reemplazan cada cuatro años.
Su concentrador solar gira y sigue el sol a través del cielo para maximizar su rendimiento. Sophia Haussener, la jefa de LRESE y el líder del proyecto, explica: “En clima soleado, nuestro sistema puede generar hasta 1 kilogramo de hidrógeno por día, que es suficiente combustible para que un automóvil con motor de hidrógeno viaje de 100 a 150 kilómetros”.