la "batería solar" suministra hidrógeno a partir de energía solar con sólo pulsar un botón

El hidrógeno verde es uno de los pilares más importantes de la transición energética. Se produce a partir de la luz solar mediante procesos fotocatalíticos. En la actualidad existen diversas tecnologías para convertir y almacenar la energía solar en energía química. Pero ahora, por primera vez, se ha desarrollado con éxito un material capaz de almacenar la energía de la luz solar durante varios días y liberarla después en forma de hidrógeno "con sólo pulsar un botón". "Se puede considerar una combinación de célula solar y batería a nivel molecular", explica el profesor Sven Rau, director del Instituto de Química Inorgánica I de la Universidad de Ulm.

Un copolímero soluble en agua y con actividad redox se utiliza como material para el almacenamiento temporal de energía o electrones. Los copolímeros son macromoléculas formadas por diferentes componentes orgánicos. Forman un armazón estable y han sido dotados de unidades funcionales que poseen determinadas propiedades químico-físicas, en este caso una actividad redox reforzada. El sistema desarrollado por los investigadores de Ulm y Jena alcanza una eficiencia de carga superior al 80% y mantiene este estado durante varios días. "Cuando es necesario, podemos recuperar la energía química en forma de hidrógeno. Los electrones almacenados se utilizan eficazmente para este fin", afirma el profesor Ulrich S. Schubert, director del Instituto de Química Orgánica y Química Macromolecular de la Universidad Friedrich Schiller de Jena, que coordinó el estudio junto con Rau. Mediante la adición de un ácido y un catalizador de evolución del hidrógeno, los electrones almacenados en el polímero se combinan con protones: este proceso produce hidrógeno "a demanda". La eficiencia es asombrosamente alta, del 72%. Otra gran ventaja es que este proceso también tiene lugar en la oscuridad, es decir, independientemente de si brilla el sol.

Reinicio del sistema con un interruptor de pH

Si la solución se neutraliza posteriormente, el sistema puede exponerse de nuevo a la luz y recargarse. "Esto se debe a que las reacciones redox basadas en polímeros son reversibles y permiten múltiples ciclos de carga, almacenamiento y catálisis. La ventaja del proceso es que no es necesario aislar primero el polímero. Para restablecerlo, basta con cambiar el valor de pH del sistema", explican los dos autores principales del estudio, Marco Hartkorn (Universidad de Ulm) y el Dr. Robin Kampes (FSU Jena). El interruptor de pH no sólo tiene un lado práctico, sino también bonito: cuando la pila se descarga en presencia de ácido, el color cambia de violeta a amarillo; si luego se recarga con luz, el amarillo se convierte en violeta y la pila vuelve a estar "armada".

Nuevos caminos con perspectiva industrial

"El proyecto también tiene importancia científica porque combina conceptos muy diferentes del campo de la química que, de otro modo, tendrían pocos puntos de contacto: a saber, la química de polímeros macromoleculares y la fotocatálisis", afirma el profesor Sven Rau. Los investigadores están firmemente convencidos de que estos métodos de obtención de hidrógeno "a la carta" también podrían emplearse en procesos industriales de alto consumo energético, por ejemplo en la producción de acero respetuoso con el clima, que depende de un suministro fiable de hidrógeno verde. "Los resultados abren nuevas perspectivas para las tecnologías de almacenamiento solar rentables y escalables, y suponen un importante elemento en el camino hacia una economía energética sostenible basada en la química", subraya el profesor Ulrich Schubert. El proyecto, en el que también participaron investigadores del Instituto Leibniz de Tecnología Fotónica de Jena, se llevó a cabo en el marco del Centro de Investigación Colaborativa TRR/SFB 234 "CataLight" de la Universidad de Ulm y la Universidad de Jena.