Investigadores del Instituto de Tecnología Technion-Israel y la Universidad de Bolonia en Italia han logrado una mejora dramática para producir hidrógeno y otros productos.
Durante décadas, el hidrógeno se ha considerado el combustible del futuro, porque su combustión solo libera energía y agua, y no contamina el medio ambiente.
Pero la mayor parte del hidrógeno actual se produce a partir del gas natural en un proceso contaminante que contribuye al calentamiento global.
Una alternativa prometedora para la producción limpia y renovable de hidrógeno es la división del agua en hidrógeno y oxígeno, utilizando la luz solar, mediante un proceso llamado fotocatálisis.
En un proceso fotocatalítico, las cargas eléctricas positivas y negativas, que se generan en partículas semiconductoras después de la absorción de la luz solar, se aprovechan para promover reacciones químicas de interés.
En el caso de la división del agua, las cargas eléctricas rompen las moléculas de agua.; Las cargas negativas producen hidrógeno y las cargas positivas producen oxígeno.
Las dos reacciones, que implican las cargas positivas y negativas, deben tener lugar simultáneamente. Sin aprovechar las cargas positivas, las cargas negativas no pueden enrutarse para producir el hidrógeno deseado.
Como resultado, a pesar de que el oxígeno no se considera un producto valioso, se dedicó un gran esfuerzo global al desarrollo de sistemas fotocatalíticos que pueden lograr la división general del agua.
Estos esfuerzos, sin embargo, tuvieron pocos éxitos. La reacción de división del agua implica varios pasos separados, y como resultado sigue siendo un desafío significativo.
Hasta el momento, no se han desarrollado sistemas fotocatalíticos estables y eficientes que puedan facilitar la división completa del agua, y la búsqueda de medios para la producción verde renovable de hidrógeno continúa.
Ahora, en un artículo publicado en la revista Nano Energy, se ha presentado una solución creativa a este problema.
La investigación fue dirigida por la profesora Lilac Amirav de la Facultad de Química del Technion, junto con colegas de la Universidad de Bolonia.
El grupo utilizó partículas en miniatura únicas, desarrolladas hace varios años por el profesor Amirav, como sistema fotocatalítico.
Estas partículas a nanoescala (un nanómetro es 10-9 m) presentan la mayor eficiencia en la utilización de la luz y las cargas negativas para la producción de hidrógeno.
Ahora, el equipo demuestra un nuevo enfoque para la utilización eficiente de las cargas positivas también, y una forma de desacoplar la producción de hidrógeno deseable de la problemática evolución del oxígeno.
Los investigadores presentan actividades fotocatalíticas notables para la producción de hidrógeno a partir del agua, mientras que simultáneamente transforman la bencilamina en benzaldehído.
El benzaldehído se produce utilizando las cargas positivas, como alternativa a la producción de oxígeno. Utilizado por las industrias de alimentos, pinturas, plásticos y cosméticos, se considera un producto valioso.
El proceso innovador utiliza las cargas negativas y positivas, por lo tanto, utiliza la energía solar de una manera más eficiente y efectiva.
“Se podría decir que hemos transformado el proceso de la fotocatálisis a la fotosíntesis, es decir, la conversión genuina de la energía solar en combustible”, dijo el profesor Amirav.
“Además, la eficiencia de conversión de energía en este proceso establece un nuevo récord mundial en el campo de la fotocatálisis basada en partículas”.
Amirav se refiere al hecho de que el sistema fotocatalítico realiza una verdadera conversión de la energía solar en enlaces químicos almacenables, con un máximo del 4,2% de eficiencia de conversión de energía solar a química.
Esta cifra establece un nuevo récord mundial en el campo de la fotocatálisis y duplica el récord anterior.
Más importante aún, el Departamento de Energía de EE. UU. Definió el 5-10% como el “umbral de factibilidad práctica” para generar hidrógeno a través de la fotocatálisis.
El éxito de los investigadores en la conversión de energía solar nos lleva a las puertas de la conversión de energía solar a hidrógeno económicamente viable.
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