Durante millones de años, las plantas han usado la fotosíntesis para captar energía del sol y convertirla en energía. Ahora, científicos del Caltech han logrado dar un paso adelante para desarrollar una versión artificial de este proceso al diseñar una película conductora de la electricidad que permite aprovechar la luz solar para dividir la molécula de agua y extraer hidrógeno.
De esta manera el hidrógeno seria un combustible renovable, abundante y no contaminante, pues el producto de su combustión es solo vapor de agua.
Se sabe que, para producir hidrógeno sin contaminar (su producción actualmente se hace con gas natural) las celdas solares pueden ser una buena alternativa. El proceso sería el siguiente: cuando una corriente eléctrica (generada cuando la luz solar incide sobre las celdas) pase por el agua que la celda contiene, en un electrodo de esta se producirán burbujas de hidrógeno; y en otro, de oxígeno.
Sin embargo, existe un problema: si ese hidrógeno y ese oxígeno separados se reúnen de nuevo, puede producirse una explosión (cuando se hace reaccionar hidrógeno molecular con oxígeno molecular, se produce una oxidación que libera gran cantidad de energía). Por eso, es necesario asegurar que ambos elementos permanezcan aislados.
Y aquí es donde entra en acción la película conductora de electricidad de los investigadores del Caltech. Esta, según explican, es una auténtica “capa protectora”. Por eso resultará un proceso clave en la generación de un combustible como el hidrógeno (también se habla de que ayudaría a producir metano) que, a su vez, impulsaría el funcionamiento de las celdas solares.
Ke Sun, uno de los investigadores del Caltech responsable del avance.
El sistema podría asimismo ayudar al desarrollo de ‘hojas artificiales’ altamente eficientes, capaces de replicar el sofisticado proceso de la fotosíntesis con el que las plantas convierten la luz del sol, el agua y el dióxido de carbono en oxígeno y combustible (en este caso, en forma de carbohidratos o de azúcares).
Estas hojas artificiales constarían de tres componentes principales: dos electrodos (un fotoánodo y un fotocátodo) y una membrana con la nueva película, que es de óxido de níquel.
El fotoánodo utilizaría la luz solar para oxidar las moléculas de agua y así generar oxígeno, protones, y electrones. El fotocátodo, por su parte, recombinaría los protones y los electrones para formar gas hidrógeno.
La película creada que, con la membrana, recubriría ambos electrodos mantendría a estos dos gases separados con el fin de evitar una explosión; y permitiría que el hidrógeno fuera recolectado bajo presión para dirigirlo de forma segura por una tubería.
Previamente, se había intentado recubrir estos electrodos con semiconductores comunes, pero un problema importante de estos materiales es que desarrollan una capa de óxido cuando son expuestos al agua.
La nueva película evita este problema, porque es impermeable al agua, además de ser conductora de la electricidad, tiene gran transparencia a la luz entrante, y funciona como un buen catalítico, propiciando la reacción para la producción del oxígeno y el combustible (hidrógeno).
A pesar del avance, los investigadores advierten de que el desarrollo de un producto comercial capaz de convertir la luz solar en combustible aún está lejos. Otros componentes del sistema, como el fotocátodo, también deben ser perfeccionados todavía. Sin embargo, concluyen: “ahora ya tenemos una de las piezas clave que faltaba”.
Referencia: Caltech