26.03.2021 - Linköping University

Un nuevo material poroso prometedor para fabricar energía renovable a partir del agua

Producción de hidrógeno gaseoso a partir del agua utilizando la luz solar

Una posible fuente de energía renovable es el gas hidrógeno producido a partir del agua con ayuda de la luz solar. Investigadores de la Universidad de Linköping (Suecia) han desarrollado un material, el carburo de silicio cúbico nanoporoso, que presenta propiedades prometedoras para captar la energía solar y dividir el agua para producir gas hidrógeno.

"Se necesitan nuevos sistemas energéticos sostenibles para hacer frente a los retos energéticos y medioambientales mundiales, como el aumento de las emisiones de dióxido de carbono y el cambio climático", afirma Jianwu Sun, profesor titular del Departamento de Física, Química y Biología de la Universidad de Linköping, que ha dirigido el nuevo estudio.

El hidrógeno tiene una densidad energética tres veces superior a la de la gasolina. Puede utilizarse para generar electricidad mediante una pila de combustible, y ya se comercializan coches alimentados con hidrógeno. Cuando el gas hidrógeno se utiliza para producir energía, el único producto que se forma es agua pura. En cambio, cuando se produce el hidrógeno se crea dióxido de carbono, ya que la tecnología más utilizada actualmente depende de los combustibles fósiles para el proceso. Así, se emiten entre 9 y 12 toneladas de dióxido de carbono cuando se produce una tonelada de gas hidrógeno.

Producir gas hidrógeno dividiendo las moléculas de agua con la ayuda de la energía solar es un enfoque sostenible que podría dar gas hidrógeno utilizando fuentes renovables sin provocar emisiones de dióxido de carbono. Una de las principales ventajas de este método es la posibilidad de convertir la energía solar en un combustible que puede almacenarse.

"Las células solares convencionales producen energía durante el día y ésta debe utilizarse inmediatamente o almacenarse, por ejemplo, en baterías. El hidrógeno es una fuente de energía prometedora que puede almacenarse y transportarse de la misma manera que los combustibles tradicionales, como la gasolina y el gasóleo", afirma Jianwu Sun.

Sin embargo, no es una tarea fácil dividir el agua utilizando la energía de la luz solar para obtener gas hidrógeno. Para ello es necesario encontrar materiales rentables que tengan las propiedades adecuadas para la reacción en la que el agua (H2O) se divide en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) mediante fotoelectrolisis. La energía de la luz solar que puede utilizarse para dividir el agua se encuentra principalmente en forma de radiación ultravioleta y luz visible. Por lo tanto, se necesita un material que pueda absorber eficazmente dicha radiación para crear cargas que puedan separarse y tengan suficiente energía para dividir las moléculas de agua en gases de hidrógeno y oxígeno. La mayoría de los materiales que se han investigado hasta ahora o bien son ineficientes en el uso de la energía de la luz solar visible (el dióxido de titanio, TiO2, por ejemplo, sólo absorbe la luz solar ultravioleta), o bien no tienen las propiedades necesarias para dividir el agua en gas hidrógeno (por ejemplo, el silicio, Si).

El grupo de investigación de Jianwu Sun ha investigado el carburo de silicio cúbico, 3C-SiC. Los científicos han producido una forma de carburo de silicio cúbico que tiene muchos poros extremadamente pequeños. El material, al que llaman 3C-SiC nanoporoso, tiene propiedades prometedoras que sugieren que puede utilizarse para producir gas hidrógeno a partir del agua utilizando la luz solar. El presente estudio se ha publicado en la revista ACS Nano, y en él los investigadores demuestran que este nuevo material poroso puede atrapar y recoger eficazmente la luz ultravioleta y la mayor parte de la luz solar visible. Además, la estructura porosa favorece la separación de las cargas que tienen la energía necesaria, mientras que los poros pequeños proporcionan una mayor superficie activa. Esto mejora la transferencia de cargas y aumenta el número de sitios de reacción, lo que aumenta aún más la eficacia de la división del agua.

"El principal resultado que hemos demostrado es que el carburo de silicio cúbico nanoporoso tiene una mayor eficiencia de separación de cargas, lo que hace que la división del agua en hidrógeno sea mucho mejor que cuando se utiliza el carburo de silicio planar", afirma Jianwu Sun.

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Hechos, antecedentes, expedientes
  • hidrógeno
  • carburo de silicio
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