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Si bien la energía solar está disponible diaramente, es intermitente con intermitencias en todas los rangos temporales: día/noche, horas, nublado/soleado, etc. El número de horas de sol disponibles también varía diariamente en casi toda la superficie terrestre, siendo aproximadamente contante sólo cerca del ecuador.

Todo ello hace que su uso como fuente primaria de energía se vea restringido, por lo que hace falta almacenarla para su uso en el momento en que haga falta, no cuando se produzca. Uno de las formas de almacenar esta fuente de energía es la producción de algún producto químico que al oxidarse rápidamente, al «quemarse», produzca energía. Un químico adecuado es el hidrógeno molecular, puesto que su combustión sólo produce agua pura como subproducto.

Sin embargo, el uso de hidrógeno tiene varios problemas, de los cuales los más importantes son dos.

Por una parte, su almacenamiento no es sencillo. Al ser tan ligero y pequeño, al almacenarlo en sistemas de alta presión tiene una tendencia muy fuerte a difundirse por las paredes del recipiente que lo contiene; se «escapa» de su recipiente con facilidad.

Además, la producción de hidrógeno con luz solar es cara y no viable comercialmente por varias razones:

  • Necesita sistemas de generación de corriente eléctrica muy complicado: para disociar la molécula de agua hay que tener un potencial eléctrico de ~1,8 Voltios, que para conseguirlo con sistemas fotovoltaicos implican el uso de iones complicadas, en varias capas de materiales, que además son muy caros.
  • Tiene que usar agua ultrapura, lo que tiene un coste energético que hay que considerar en el balance energético final.
  • Además, algunos de los productos químicos empleados no duran mucho tiempo. Al necesitar usar un ánodo y un cátodo, los materiales de ambos polos no siempre son totaltmente reversibles y se pueden agotar con el uso; se «gastan» transformándose irreversiblemente en sustancias distitntas de las originales.
  • Y por si fuera poco, debido a la alta demanda energético de la ruptura del enlace del agua, suele hacer falta una corriente eléctrica extra que debe añadirse al gasto energético de depurar y filtrar el agua.

Una alternativa que puede soslayar parte de los problemas, sobre todo los relacionados con la generación de hidrógeno molecular desde la luz solar, es el uso de microorganismos en el diseño del sistema; éstos oxidan los líquidos orgánicos del agua residual, más que el agua misma, para generar electrones que se recombinan con los huecos generados en el cátodo semiconductor.

Este sistema tiene varias ventajas, porque al usar los microbios como donadores de electrones y «rompedores» de la molécula de agua, no hace falta usar más energía eléctrica, además de eliminar la necesidad de catalizador y la posibilidad de usar aguas residuales.

Por supuesto, este sistema también tenía problemas. Esencialmente, los mismos ya apuntados anteriormente y que el grupo que presenta esta investigación logró soslayar en parte con el uso de un catalizador de GaInP2, pero su coste y el uso de tierras raras, materiales muy caros y escasos, impidió su comercialización.

En el estudio que se comenta aquí, han logrado un avanze muy significativo con el uso de nanoestructuras de silicio negro(1) con forma de queso suizo(2) y aguas residuales de una fábrica de cerveza; claramente, los científicos también tienen sentido del humor. Además, no sólo es que lograran un sistema muy barato y escalable, es que produce una cantidad de energía que es superior a todos los valores obtenidos hasta ahora y durando 90 horas antes de agotar los substratos. Como beneficio adicional, trataron las aguas residuales, disminuyendo aún más los costes de operación del sistema.

(1) La traducción es personal. En inglés se denomina «black-silicon» o «b-Si». Es una nanoestructuración del Silicio descubierta por casualidad, consistente en un «bosque» de agujas muy pequeñas de Silicio. Se puede construir por métodos empleados en la industria de los semiconductores, y tiene una importancia cada vvez mayor en la industria de las células fotovoltaicas porque absorve mucho mejor la luz visible que el Silicio cristalino normal. Un enlace interesente sobre este este material es el de la Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Black_silicon
(2) Copia literal del artículo del nombre de la estructura.

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  Etiqueta: tecnología

9 posts
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