Histórico: Crean una hoja artificial que funciona con energía solar y obtiene hidrógeno del aire

Desde hace décadas, los investigadores sueñan con un dispositivo capaz de captar el agua del aire y suministrar hidrógeno alimentado exclusivamente por energía solar. El mundo se volvería loco por un dispositivo así, porque ¿quién no quiere combustible limpio gratis?

Ahora, ingenieros químicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) han dado un paso importante para hacer realidad este sueño. Han inventado una hoja artificial que funciona con energía solar, construida sobre un novedoso electrodo transparente y poroso, capaz de recoger el agua del aire para convertirla en combustible de hidrógeno.

El ingenioso pero sencillo sistema, que combina tecnología basada en semiconductores con electrodos novedosos, es escalable y fácil de preparar. Cuando el pequeño dispositivo se expone simplemente a la luz solar, toma agua del aire y produce hidrógeno gaseoso. Son sus novedosos electrodos de difusión de gas, transparentes, porosos y conductores, los que permiten a esta tecnología solar convertir el agua -en estado gaseoso del aire- en combustible de hidrógeno. Los investigadores afirman que puede utilizarse como combustible solar renovable, por ejemplo para propulsar coches o calentar viviendas.

Inspirado en la fotosíntesis

Para desarrollar el novedoso sistema, los investigadores se inspiraron en la forma en que las plantas son capaces de convertir la luz solar en energía química utilizando el dióxido de carbono del aire. Durante la fotosíntesis, las plantas obtienen dióxido de carbono y agua de su entorno y, bajo la luz solar, convierten estas sustancias químicas en azúcares y almidones.

En sus estudios anteriores, el profesor Kevin Sivula y su equipo demostraron que es posible realizar una «fotosíntesis artificial» generando combustible de hidrógeno con luz solar y agua líquida mediante un dispositivo llamado célula fotoelectroquímica (PEC). Pero, a efectos prácticos, es complicado fabricar dispositivos PEC de gran superficie que utilicen el líquido.

Figura 1. Kevin Sivula y su equipo han inventado una hoja artificial que funciona con energía solar para obtener hidrógeno del aire húmedo. Crédito: EPFL / Alain Herzog.

Un nuevo tipo de hoja artificial

Los investigadores querían demostrar que la tecnología PEC puede adaptarse para captar vapor de agua del aire en lugar de agua líquida, lo que les llevó a desarrollar su nuevo electrodo de difusión de gas transparente. Para fabricar electrodos transparentes de difusión de gas, los investigadores empezaron con un tipo de lana de vidrio, un material aislante hecho de fibra de vidrio que tiene una textura similar a la lana textil. La lana de vidrio se procesó en una batidora de cocina comercial y se comprimió en obleas de fieltro fusionando las fibras a altas temperaturas.

A continuación, las obleas se recubrieron con una fina película transparente de óxido de estaño dopado con flúor, conocido por su excelente conductividad. De este modo se consiguió una oblea transparente, porosa y conductora, esencial para maximizar el contacto con las moléculas de agua del aire y dejar pasar los fotones.

Luego, la oblea se recubrió de nuevo, esta vez con una fina capa de materiales semiconductores que absorben la luz solar. Esta segunda capa deja pasar la luz, aunque parezca opaca. En este estado, la oblea recubierta ya puede producir hidrógeno combustible cuando se expone a la luz solar.

Figura 2. Los investigadores crearon unos «novedosos electrodos de difusión de gases» que pueden convertir el vapor de agua en estado gaseoso del aire en combustible de hidrógeno. Crédito: EPFL / Alain Herzog.

«El desarrollo de nuestro prototipo fue todo un reto, ya que los electrodos transparentes de difusión de gas no se habían demostrado antes y tuvimos que desarrollar nuevos procedimientos para cada paso», explica Marina Caretti, autora principal del trabajo.

Agregó: «Sin embargo, como cada paso es relativamente sencillo y escalable, creo que nuestro enfoque abrirá nuevos horizontes para una amplia gama de aplicaciones, empezando por los sustratos de difusión de gas para la producción de hidrógeno con energía solar«.

Ahora, los investigadores centran sus esfuerzos en optimizar la tecnología de la hoja artificial impulsada por energía solar.

Fuente:WET