Podremos convertir el agua directamente en hidrógeno verde con la energía del sol

Junto con la movilidad eléctrica, la otra gran esperanza para la propulsión de toda clase de vehículos tiene nombre propio: hidrógeno. Y, más en concreto, el dihidrógeno (H2), gas inflamable que ha sido llamado el combustible del futuro.

Y si los automóviles eléctricos tienen por delante el desafío de aumentar la autonomía de sus baterías, en el caso del hidrógeno el freno se encuentra en los costes de producción. Se trata del proceso de electrólisis, que separa las moléculas de oxígeno e hidrógeno del agua para la obtención del dihidrógeno.

Otro término más para comenzar: la fotoelectrólisis es, en esta línea, una forma de obtener de hidrógeno a partir del agua que utiliza directamente la energía del sol mediante celdas fotoelectroquímicas.

Los sistemas de electrólisis convencionales consiguen generar hidrógeno verde mediante la electricidad producida por fuentes solares fotovoltaicas o eólicas. Pero no de forma simultánea, algo que sí ha conseguido un grupo de investigación de la Universidad de Chile.

Esta especie de “hidrógeno super verde” no sólo ofrecería una alternativa más amigable con el medio ambiente, también involucraría menores costes. “Esto se asocia con un menor impacto ambiental en términos de uso de terrenos y requerimiento de materias primas. En principio, los materiales deberían ser menos costosos, ya que las materias primas usadas para producirlos son abundantes y sus procesos de producción no son costosos. Pero el análisis acabado de esto y del impacto ambiental de cada tecnología aún es muy preliminar”, comenta Melanie Colet, líder de este trabajo.

La investigación, desarrollada en colaboración con el Imperial College London y la University of Bath, estudia principalmente nuevos materiales estables que puedan mejorar el proceso de fotoelectrólisis, entre los que destacan óxidos y sulfuros de metales de transición.

Explica que estas celdas fotoelectroquímicas transforman la radiación solar en electricidad a través de ánodos y cátodos fotoactivos. “Estos materiales corresponden a semiconductores capaces de absorber la radiación solar y promover una corriente eléctrica que circula desde el ánodo hacia el cátodo, permitiendo que moléculas de agua se rompan en la superficie del ánodo, formando oxígeno y protones, los cuales viajan a través del electrolito hacia el cátodo para formar hidrógeno”, detalla.

Una celda fotoelectroquímica, agrega, “no es muy diferente a una celda de electrólisis convencional, la principal diferencia es que los electrodos son fotoactivos. El hidrógeno evoluciona en el cátodo en forma de gas, al igual que en las celdas de electrólisis convencionales, el cual es capturado y almacenado o enviado a una celda de combustible”.

Por esta razón, indica, los estudios están centrados en óxidos para el caso de los fotoánodos y en sulfuros para el caso de los fotocátodos. “Hay grandes avances respecto a materiales para fotoánodos, ya que existen diversos óxidos que presentan buena fotoactividad y estabilidad bajo condiciones de evolución de oxígeno. En el caso de los fotocátodos el desafío es mayor, ya que sobre este electrodo ocurre la evolución de hidrógeno, y en este ambiente reductor los óxidos no muestran estabilidad. Es por eso que se han comenzado a estudiar sulfuros que parecen ser prometedores dados los resultados preliminares”, plantea la académica.

La hematita dopada y óxidos de tungsteno modificados son algunos de los materiales prometedores para el escalamiento de la tecnología en los fotoánodos, afirma Melanie Colet. Sin embargo, advierte que el desafío mayor, junto con mejorar la actividad fotocatalítica de los fotoánodos, es encontrar fotocátodos estables y con buena fotoactividad, donde algunos de los materiales más prometedores hasta el momento son los sulfuros de cobre y de molibdeno.