Por décadas, los científicos han estado trabajando para encontrar un modo eficiente de reemplazar el uso de combustibles fósiles provenientes del petróleo y sus derivados, por la fuente limpia de energía que representa el hidrógeno; sin embargo, los avances en este sentido se han visto limitados, básicamente por la falta de una estructura de distribución y por la dificultad para obtener el preciado gas.
La manera más sensata de producir hidrógeno es a través de la descomposición del agua en sus gases constituyentes; hasta ahora se cuenta con dos formas de hacerlo: utilizando dispositivos que requieren electricidad o con los que funcionan a partir de gas natural, que no reduce la dependencia de los combustibles fósiles, por lo que la producción del gas no resulta amigable con el medio ambiente.
Tratando de imitar el proceso natural de fotosíntesis, por el cual las plantas verdes convierten la energía solar en energía química, los investigadores han intentado desarrollar un método basado en el uso de energía solar para potenciar la descomposición del agua para la producción de hidrógeno como fuente de energía, pero copiar las habilidades de la naturaleza ha demostrado ser una tarea difícil.
En este sentido, un equipo de investigadores informa haber desarrollado un dispositivo de fotosíntesis artificial que aprovecha la luz solar para descomponer el agua, generando hidrógeno que luego puede ser utilizado como combustible.
El dispositivo está hecho de silicio y nitruro de galio, un semiconductor que suele ser utilizado en los LEDs. El investigador Zetian Mi, catedrático en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computacional de la Universidad McGill en Montreal, explica el funcionamiento del sistema señalando:
“Cuando la luz solar impacta las torres de nitruro de galio, los fotones expulsan los electrones de la estructura cristalina, que luego se vuelven móviles, al igual que los agujeros cargados positivamente que dejan atrás. Son estos portadores de carga móvil los que separan el hidrógeno de las moléculas de agua”.
Los anteriores dispositivos solares directos desarrollados para descomponer agua, han logrado una eficiencia de poco más del uno por ciento. Sin embargo, el sistema propuesto por los investigadores canadienses, logró una eficiencia de más del tres por ciento.
Al respecto, el coautor del estudio Faqrul A. Chowdhury, expresó: “A pesar de que la eficiencia del tres por ciento puede parecer baja, cuando se pone en el contexto de los 40 años de investigación en este proceso, en realidad es un gran avance. La fotosíntesis natural, dependiendo de cómo se calcule, tiene una eficiencia de alrededor del 0,6 por ciento.”
El objetivo del equipo es alcanzar una eficiencia del cinco por ciento, que ven como el umbral para la comercialización, y luego continuar mejorando el rendimiento, con la meta de alcanzar una eficiencia ubicada entre el 20 y 30 por ciento.
Los investigadores resaltan que el dispositivo también podría reconfigurarse para convertir el dióxido de carbono en combustible, como metanol y gas de síntesis. Esta ruta de investigación podría eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera, tal como lo hacen las plantas; sin duda un enfoque bastante promisorio.
Referencia: A photochemical diode artificial photosynthesis system for unassisted high efficiency overall pure water splitting. Nature Communications, 2018. doi:10.1038/s41467-018-04067-1