Separación fotocatalítica del agua con un 9,2% de eficiencia solar-hidrógeno

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Investigadores de la Universidad de Michigan han desarrollado un nuevo sistema fotocatalítico de separación de agua que, según se informa, es capaz de alcanzar una eficiencia de conversión de energía solar en hidrógeno (STH, por sus siglas en inglés) del 9,2%.

El sistema propuesto utiliza la parte de mayor energía del espectro solar para dividir el agua y la parte inferior del espectro para proporcionar el calor que favorece la reacción. El calor adicional también permite que el hidrógeno y el oxígeno permanezcan separados, en lugar de renovar sus enlaces y formar agua una vez más.

Funciona en un ambiente interior y utiliza agua pura, luz solar concentrada y un fotocatalizador de nitruro de indio y galio. Según los científicos, el catalizador semiconductor, un bosque de nanocables de nitruro de indio y galio cultivados sobre una superficie de silicio, es capaz de aumentar su eficacia durante su uso. El dispositivo absorbe fotones y los convierte en electrones, que se utilizan para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno.

Los nanocables están salpicados de bolas metálicas a nanoescala, de 1/2000 de milímetro de diámetro, que utilizan esos electrones y huecos, huecos cargados positivamente que quedan cuando los electrones son liberados por la luz, para ayudar a dirigir la reacción.

“Una simple capa aislante sobre el panel mantiene la temperatura a unos agradables 75 ºC (167 F), lo suficientemente caliente para favorecer la reacción y lo suficientemente fría para que el catalizador semiconductor funcione bien”, explican los científicos.

Afirman que el sistema es casi 10 veces más eficaz que otros sistemas solares de separación de agua del mismo tipo. Según ellos, el coste final del hidrógeno podría disminuir con un semiconductor más grande.

“Redujimos el tamaño del semiconductor más de 100 veces en comparación con algunos semiconductores que sólo funcionan a baja intensidad luminosa”, dijo el investigador Peng Zhou.

El grupo de investigación describe el sistema en el estudio “Solar-to-hydrogen efficiency of more than 9% in photocatalytic water splitting” (Eficiencia solar-hidrógeno superior al 9% en la separación fotocatalítica del agua), publicado en Nature.

“Esta estrategia dependiente de la temperatura también conduce a una eficiencia STH de alrededor del 7% a partir de agua del grifo y agua de mar ampliamente disponibles y a una eficiencia STH del 6,2% en un sistema fotocatalítico de división de agua a gran escala con una capacidad de luz solar natural de 257 vatios”, señalaron.

Afirmaron que el próximo reto es mejorar aún más la eficiencia y generar hidrógeno de pureza ultra alta que pueda alimentar directamente las pilas de combustible.

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