Jordi Llorca, director del Instituto de Técnicas Energéticas e investigador del Centro de Investigación en
NanoEnginyeria de la UPC, es uno de los autores del trabajo. En el marco de la investigación, se ha desarrollado un fotocatalizador en polvo que facilita y abarata el proceso de producción de hidrógeno, puesto que se hace a temperatura y presión ambiente, totalmente escalable. Esta investigación constituye un gran paso para utilizar el hidrógeno como alternativa a los combustibles fósiles.
El fotocatalitzador sólido se inserta en un recipiente con etanol y se expone a luz ultravioleta con agitación, simulando la parte más energética del espectro solar. Este dispositivo contiene un semiconductor de dióxido de titanio que, en contacto con la luz del sol, genera electrones que son capturados por nanopartículas metálicas de oro. Estas nanopartículas reaccionan con las moléculas de alcohol para producir el hidrógeno. Llorca señala que “la estructura del semiconductor y el contacto con las nanopartículas son primordiales en el diseño del fotocatalitzador”.
La cantidad de hidrógeno que se puede producir y de energía que se puede generar depende de la cantidad de catalizador que se utiliza y del área expuesta a la radiación solar. Los investigadores han obtenido hasta 5 litros de hidrógeno por kilogramo de catalizador en un minuto. Si ponemos 9 kg de este nuevo catalizador en un depósito de etanol, lo exponemos a la luz solar y, con el hidrógeno generado, alimentamos una pila de combustible, obtendremos una potencia eléctrica de 3 kW, similar a la que dispone un hogar.
Llorca prevé empezar pronto a diseñar reactores optimizados para aplicaciones reales, como por ejemplo proveer de electricidad una vivienda. Considera que este “es un paso importante para introducir el hidrógeno como vector energético y liberarnos progresivamente de la dependencia de los combustibles fósiles”. El hidrógeno tiene la ventaja sobre la electricidad que se puede almacenar.
Proceso económico con recursos renovables
Hasta ahora, la obtención de hidrógeno a partir de la luz solar se había basado, en la mayoría de los casos, en la utilización de agua. Pero, a pesar de la abundancia y el bajo precio del agua, los rendimientos generados hasta el momento con esta técnica son muy bajos y el precio de los materiales necesarios en el proceso de producción demasiado elevado.
En cambio, los investigadores proponen usar el etanol, que es un recurso renovable y económico. Se obtiene fácilmente a partir de residuos forestales y desechos agrícolas: de cada 100 gramos de glucosa se obtienen unos 50 gramos de etanol.
Además, el fotocatalitzador desarrollado es mucho más barato y sencillo que los materiales empleados en el proceso con agua, puesto que se basa en el uso de partículas de oro con una medida muy reducida, de 2 a 12 nanómetros (1 metro = 1 millón de nanómetros). Estas nanopartículas sirven para capturar los electrones libres que se generan cuando el óxido de titanio, que se usa como base de apoyo, entra en contacto con la luz solar.
En el transcurso de este proceso que se basa en la energía solar, el equipo también ha descubierto que la medida de las nanopartículas de oro no tiene ninguna influencia en la producción de hidrógeno, a diferencia de lo que pasa en los procesos más comunes, en los cuales el polvo catalizador, para su funcionamiento, tiene que ser calentado a la temperatura de reacción (normalmente más de 500 grados C) y, por lo tanto, tiene un coste energético.
Por otro lado, al trabajar en temperatura y presión ambientes el catalizador no se echa a perder, cosa que aumenta la durabilidad.
Los resultados del proyecto se publican esta semana en la revista científica Nature Chemistry, bajo el título “The effect of gold loading and particle size on photocatalytic hydrogen production from ethanol over Ave/TiO2 nanoparticles”.
