La energía solar goza de una gran popularidad en España, donde cada vez más personas apuestan por instalar placas solares fotovoltaicas en sus viviendas con el objetivo de ahorrar en las facturas. Una tecnología que ha evolucionado pudiendo colocarse desde en las tejas de un tejado hasta fácilmente en los balcones de una casa; y que ahora podría pasar a un segundo plano gracias a la creación de un revolucionario vidrio que genera más energía y que puede producir hidrógeno (H2). 

El hidrógeno es actualmente un componente básico de la transición energética y para obtenerlo mediante la ayuda de la energía solar, unos investigadores de la Universidad Ludwig Maximilians (LMU) de Múnich, Alemania, han desarrollado unas nuevas nanoestructuras de alto rendimiento. Un supercristal que ostenta el récord mundial de producción ecológica de hidrógeno utilizando la luz solar y que supone un gran avance dentro de la tecnología fotovoltaica. 

Este nuevo material ha sido creado por Emiliano Cortés, profesor de física experimental y conversión de energía de la LMU, junto con su equipo de investigadores de la universidad. Para ello, los científicos se han enfocado en nanoestructuras plasmónicas para concentrar la energía solar que han demostrado su eficacia al generar hidrógeno a partir de ácido formico con la ayuda de la luz del sol; y que recientemente se presentaron en la revista científica Nature Catalysis. 

Recoge más energía

En lugar de utilizar espejos gigantescos o parques solares, Emiliano Cortés y su equipo de científicos se sumergieron en el nanocosmos. "Donde las partículas de alta energía de la luz solar, los fotones, se encuentran con las estructuras atómicas es donde empieza nuestra investigación. Trabajamos en soluciones materiales para captar y utilizar la energía solar de forma más eficiente", señala el profesor de la LMU en un comunicado oficial. 

Unos materiales que permiten crear nuevas células solares y fotocatalizadores, y estos últimos son una de las grandes esperanzas de la industria, ya que pueden lograr que la energía luminosa sea accesible para las reacciones químicas, evitando la necesidad de generar electricidad. Sin embargo, el uso de la luz del sol tiene un reto: "esta llega a la Tierra 'diluida', por lo que la energía por superficie es comparativamente baja", según indica Cortés. 

El profesor Emiliano Cortés trabajando en los supercristales. Nano Energy Group Omicrono

Los paneles solares compensan esto cubriendo grandes superficies, pero el profesor de la LMU y su equipo, en colaboración con la Universidad de Hamburgo y la Freie Universität Berlín, decidieron desarrollar unos nuevos cristales o nanoestructuras plasmónicas que pueden utilizarse para concentrar la energía solar. Este revolucionario vidrio emplea dos metales diferentes a nanoescala, entre los que se encuentra el oro, y que pueden capturar mejor la luz del sol y convertirla en electrones de alta energía. 

"Primero creamos partículas en el rango de 10-200 nanómetros a partir de un metal plasmónico, que en nuestro caso es el oro. A esta escala, se produce un fenómeno especial con los metales plasmónicos, que también incluyen la plata, el cobre, el aluminio y el magnesio: la luz visible interactúa muy fuertemente con los electrones del metal, haciendo que oscilen de forma resonante", señala el profesor. Es decir, los electrones se mueven con gran rapidez de forma colectiva de un lado a otro de la nanopartícula, creando una especie de mini imán. 

[El revolucionario vidrio que jubilará a las placas solares: aísla del calor y produce electricidad]

El profesor de la LMU explica que para la luz incidente, "se trata de un cambio fuerte, de modo que posteriormente interactúa con mucho más fuerza con la nanopartícula metálica". En otras palabras, es como una superlente que concentra la energía, pero a escala molécula, y esto permite a las nanopartículas captar más luz solar y convertirla en electrones de muy alta energía; que, a su vez, ayudan a impulsar las reacciones químicas de manera eficiente. 

Para aprovechar esa energía, los investigadores colocaron partículas de oro de forma ordenada, de tal manera que estaban muy cerca, pero sin tocarse, para maximizar las interacciones. El objetivo era el de aumentar la correlación entre luz y materia. Gracias a esto descubrieron que la absorción de la luz aumentaba varias veces. "Las matrices de nanopartículas de oro enfocan la luz entrante de forma extremadamente eficaz, produciendo campos eléctricos muy localizados y potentes, los llamados 'puntos calientes'", explican los investigadores.

Los 'puntos calientes' permiten colocar nanopartículas de platino, que es un material catalizador clásico y potente, entre las partículas de oro. Esto hace que se mejore la absorción de la luz solar para reacciones químicas. "El platino no es el material preferido para la fotocatálisis porque absorbe mal la luz solar. Sin embargo, podemos forzarlo en 'puntos calientes' para mejorar esta absorción, que de otro modo sería pobre, y potenciar reacciones químicas con la energía luminosa. En nuestro caso, la reacción convierte el ácido fórmico en hidrógeno", aseguran.

Récord mundial

Este nuevo vidrio supone una buena noticia para la producción de fotocatalizadores y destaca por su capacidad para desempeñar un papel importante en la transición energética. "El material es tan excepcional, de hecho, que ostenta el récord mundial de producción de hidrógeno con luz solar", indica Emiliano Cortés; ya que este supercristal ha alcanzado en pruebas una tasa de producción de hidrógeno a partir de ácido fórmico de 139 milimoles por hora y por gramo de catalizador. 

Paneles de vidrio. iStock Omicrono

En la actualidad, el hidrógeno se produce principalmente a partir de combustibles fósiles, sobre todo gas natural. Con el objetivo de obtener una producción más sostenible, equipos de investigación de todo el mundo trabajan desde hace tiempo en tecnologías que utilizan materias primas alternativas, como el agua o el amoníaco; y se encuentran desarrollando reactores fotocatalíticos para la producción a gran escala. Un enfoque que promete una producción de energía más verde.

"Las soluciones materiales inteligentes como la nuestra son un elemento fundamental para el éxito de la tecnología. Combinando metales plasmónicos y catalíticos, estamos avanzando en el desarrollo de potentes fotocatalizadores para aplicaciones industriales. Es una nueva forma de utilizar la luz solar que ofrece potencial para otras reacciones, como la conversión de dióxido de carbono (CO2) en sustancias aprovechables", afirman los dos investigadores; quienes ya han patentado el desarrollo de este vidrio. 

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