Innovación, Investigación y Salud
Ene. 12, 2023
Fotosíntesis artificial genera hidrógeno más eficientemente
Investigadores de la Universidad de Michigan han desarrollado un panel solar con un nuevo catalizador que es capaz de imitar la fotosíntesis de las plantas y separar el hidrógeno y el oxígeno del agua con una eficiencia muy superior a sistemas similares. Este nuevo dispositivo, dicen sus creadores, puede reducir enormemente los costes de producción del hidrógeno.
El hidrógeno verde es una de las grandes promesas para paliar la crisis energética y ayudarnos a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Una de las grandes pegas a esta tecnología es el coste que conlleva producirlo sin usar combustibles fósiles. Aquí hemos visto ya algunos avances interesantes que prometen rebajar el precio de extracción del hidrógeno, así como unos paneles solares que se pueden poner en los tejados y que capturan tanto la energía del sol como el agua del aire para producir hidrógeno ‘verde’. Ahora, los investigadores de la Universidad de Michigan (UM) han descubierto un nuevo catalizador que está inspirado en la capacidad que tienen las plantas de separar el hidrógeno y el oxígeno del agua por medio de la fotosíntesis. «Al final, creemos que los dispositivos de fotosíntesis artificial serán mucho más eficientes que la fotosíntesis natural, lo que proporcionará una vía hacia la neutralidad del carbono», afirma Zetian Mi, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la UM que dirigió el estudio publicado recientemente en la revista Nature.
Cómo funciona
Los investigadores formaron el nuevo catalizador con nanoestructuras de nitruro de indio y galio cultivadas sobre una superficie de silicio. El resultado, explica el equipo, es una oblea semiconductora que atrapa la luz y la convierte en electrones libres y espacios huecos con carga positiva que se producen cuando la luz libera electrones. Esta estructura tiene unas bolas metálicas a escala nanométrica —de 1/2000 de milímetro de diámetro— que usan esos electrones y huecos para ayudar a dirigir la reacción.
La oblea lleva también una capa aislante que la mantiene a una temperatura de 75 grados Celsius. Esta temperatura, explican, favorece la reacción química y permite que el catalizador semiconductor funcione correctamente. El equipo realizó pruebas tanto en el exterior, con luz solar, como en el interior. En el primer caso el sistema consiguió una eficacia del 6,1 por ciento en la producción de hidrógeno a pesar de que las temperaturas iban variando. Sin embargo, en el interior y con una temperatura controlada, el sistema alcanzó una eficiencia del nueve por ciento.
placeholderEl nuevo catalizador semiconductor es 100 veces más pequeño que otros similares. (MU)
El nuevo catalizador semiconductor es 100 veces más pequeño que otros similares. (MU)
El siguiente paso para el equipo es mejorar aún más la eficiencia y conseguir un hidrógeno de alta pureza que se pueda utilizar directamente para alimentar pilas de combustible.
Un catalizador barato, eficaz y autoreparable
Según cuentan los investigadores, la gran eficiencia de esta estructura se debe a dos avances: la capacidad de concentrar la luz solar sin destruir el semiconductor y la posibilidad de usar tanto la parte de mayor energía del espectro solar para dividir el agua como la parte inferior del espectro para proporcionar el calor que favorece la reacción. Una de las claves del descubrimiento es la reducción del tamaño del semiconductor, que suele ser la parte más cara del dispositivo. «Redujimos el tamaño del semiconductor más de 100 veces en comparación con algunos semiconductores que sólo funcionan a baja intensidad luminosa», explica Peng Zhou, otro de los firmantes del artículo de Nature e investigador de ingeniería eléctrica e informática y de la Universidad de Michigan. «El hidrógeno producido con nuestra tecnología podría ser muy barato».
El confidencial/10 de enero 2022