Avances en la producción de hidrógeno del aire como combustible


La idea básica detrás de la investigación realizada por el Instituto Holandés para la Investigación de la Energía Fundamental (DIFFER) en asociación con Toyota Motor Europe (TME) consiste en poner un dispositivo dedicado en contacto con el aire, exponerlo a la luz solar y comenzará a producir combustible, de forma gratuita. La colaboración busca desarrollar un dispositivo que absorba el vapor de agua y lo divida en hidrógeno y oxígeno directamente utilizando la energía del sol. La propuesta de investigación LIFT (Launchpad for Innovative Future Technology) recibió una subvención del fondo NWO ENW PPS.

En este proyecto, DIFFER y TME están explorando una forma innovadora de producir directamente hidrógeno a partir del aire húmedo. La motivación para este proyecto de investigación es doble: se necesitan nuevos combustibles sostenibles para disminuir primero la dependencia de los combustibles fósiles y, en segundo lugar, reducir la emisión de gases de efecto invernadero. Uno de estos combustibles sostenibles es el hidrógeno, que puede usarse para almacenar energía renovable. Cuando el hidrógeno se combina con el oxígeno en una pila de combustible, la energía se libera en forma de electricidad, cuya única emisión es agua limpia. En su respectiva búsqueda de soluciones, la división de Investigación de Materiales Avanzados de TME se reunió con el grupo de Procesos Catalíticos y Electroquímicos para Aplicaciones de Energía de DIFFER, encabezado por Mihalis Tsampas. Este grupo había estado trabajando en un método para dividir el agua en la fase de vapor en lugar de la fase líquida, que es mucho más común. “Trabajar con gas en lugar de líquido tiene varias ventajas”, dijo Tsampas.

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En el último año, DIFFER y TME demostraron en un estudio de viabilidad conjunto que el principio previsto funciona. Los investigadores desarrollaron una nueva célula fotoelectroquímica de estado sólido que fue capaz de capturar primero agua del aire y luego generar hidrógeno al iluminarse con la luz solar. Este primer prototipo logró un impresionante 70% del rendimiento que se obtiene cuando un dispositivo equivalente se llena con agua. El sistema consiste en membranas de electrolitos poliméricos, fotoelectrodos porosos y materiales absorbentes de agua, combinados en un dispositivo especialmente diseñado de membrana integrado.

“Pionero con el primer sedán a hidrógeno producido en masa en el mundo, Toyota también contribuye activamente a encontrar formas de producir hidrógeno sin el uso de combustibles fósiles. Esto encaja con los desafíos del Toyota Environmental Challenge 20503, que apunta a cero emisiones de CO2 a lo largo de todo el ciclo de vida de nuestros vehículos. La producción de hidrógeno basada en fuentes de energía renovable ayuda significativamente a reducir la emisión de gases de efecto invernadero. Con este tipo de investigación fundamental, trabajamos por una sociedad del hidrógeno mediante el desarrollo de aplicaciones de hidrógeno asequibles y fáciles de usar para nuestras operaciones y para el cliente”, comentó Isotta Cerri, directora general de Investigación de Materiales Avanzados de Toyota Motor Europe.

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En la siguiente etapa del proyecto, los socios apuntan a mejorar significativamente la configuración. “En nuestro primer prototipo, utilizamos fotoelectrodos que se sabe que son muy estables. Pero el material utilizado solo absorbe la luz UV, que representa menos del 5% de toda la luz solar que llega a la Tierra. Por lo tanto, el siguiente paso es aplicar materiales de última generación y optimizar la arquitectura del sistema para aumentar tanto la ingesta de agua como la cantidad de luz solar que se absorbe”, agregó Tsampas.

Cuando se haya superado este obstáculo, la investigación se desplazará hacia la mejora de la tecnología. Las actuales células fotoelectroquímicas que pueden producir hidrógeno son muy pequeñas, alrededor de un centímetro cuadrado de tamaño. Para llegar a ser económicamente viables, su tamaño debe ampliarse en al menos dos o tres órdenes de magnitud. “Aún no estamos allí, pero esperamos que algún día este tipo de sistemas se puedan usar en los hogares para propósitos diarios, como abastecer la casa o alimentar un automóvil”, concluyó Tsampas.

Por: Pablo McCarthy
Fuente: TME

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