Un proceso innovador desarrollado en el
Technion presenta una eficiencia perfecta sin precedentes en la producción de
hidrógeno a partir de agua utilizando la energía solar
La revista científica Nano Letters ha
informado recientemente sobre un avance significativo en el campo de la
producción de combustible a partir de hidrógeno. Un descubrimiento importante
se produjo en el laboratorio de la Profesora Adjunta Lila Amirav de la Facultad
de Química Schulich en el Technion, que muestra una eficiencia perfecta del
100% en la conversión de luz a hidrógeno a través de la división solar del
agua. La investigación se realizó en el marco del Instituto de Nanotecnología
Russell Berrie (RBNI) y el Programa Nancy y Stephen Grand Technion Energía
(GTEP).
La búsqueda de fuentes de energía limpias y
renovables para el medio ambiente es indispensable frente a una crisis
energética que se avecina y los problemas medioambientales como el
calentamiento global. Un enfoque prometedor para hacer frente a estos desafíos
es el uso de sistemas fotocatalizadores, que cosechan luz solar y dividen el
agua, produciendo oxígeno molecular e hidrógeno.
Tanto la luz solar como el agua son
abundantes y libres de las vulnerabilidades políticas y económicas que
caracterizan al mercado de energía tradicional. El hidrógeno puede ser almacenado
y utilizado como combustible transportable, para lidiar con el carácter
intermitente de la radiación solar. A diferencia de los combustibles fósiles
(petróleo, carbón o gas natural), el hidrógeno es una fuente no contaminante de
energía. Esta conversión directa de energía solar a combustible alivia el
problema de almacenamiento de energía, porque la gasolina (energía química) se
puede almacenar más fácilmente que la electricidad o el calor.
El sistema fotocatalítico absorbe la luz y
convierte la energía solar en cargas eléctricas positivas y negativas, que a su
vez promueven las reacciones químicas que dividen el agua. Sin embargo, existen
muchas limitaciones que impiden el desarrollo de tecnología eficiente y
práctica. Hay estrictos requisitos relacionados con los materiales, comenzando
con la adecuada absorción de luz, a través de la naturaleza de las cargas
eléctricas que se pueden generar y, finalmente, la estabilidad y el precio.
Otros desafíos se relacionan con el proceso mismo. La pérdida de las cargas
eléctricas debido a reacciones o recombinaciones no deseadas daría lugar a una
baja eficiencia. Por lo tanto, después de cuatro décadas de investigación
mundial, aún no se han hecho realidad sistemas que sean suficientemente
estables y eficientes para el uso práctico.
Los investigadores, el Dr. Philip Kalisman,
el Dr. Yifat Nakibli, y la Profesora Asistente Lila Amirav de la Facultad de
Química Schulich en el Technion han establecido un récord para una de las semi
reacciones en este proceso, reportando una eficiencia del 100% para la reacción
que utiliza las cargas negativas para la producción de hidrógeno a partir de
agua. Estos resultados rompen todos los puntos de referencia convencionales
anteriores para todos los sistemas, y dejan poco o ningún margen de mejora para
esta particular semi reacción. La impresionante eficiencia se logró por medio
de la utilización de un único fotocatalizador de nanopartículas, que opera en
un entorno básico.
El sistema desarrollado consiste en dos
semiconductores, una pequeña partícula esférica de tamaño nano (punto cuántico)
de un material singular, incrustado dentro de un segundo material de forma de
barra, con una partícula de platino en la punta. El punto cuántico atrae las
cargas positivas, mientras que las cargas negativas (electrones) se acumulan en
la punta de platino. La separación física entre estas cargas es la clave para
el éxito del sistema. Los electrones son responsables de la química – la
reacción que produce hidrógeno a partir de agua.
Cada dos fotones forman una molécula de
hidrógeno sin pérdidas – un objetivo que ha sido previamente considerado
imposible de alcanzar. Con una conversión perfecta de toda la luz absorbida en
hidrógeno, una sola nanopartícula fotocatalizadora puede producir 360.000
moléculas de hidrógeno por hora. Este es el rendimiento más alto alcanzado que
jamás se haya informado.
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