Ingenieros y científicos de la Universidad de Kentucky y la Universidad de Louisville, ambas en Estados Unidos, han diseñado una aleación que hace posible producir hidrógeno a partir de la energía solar. La aleación se sumerge en agua y, al exponerse a la luz solar, logra que el enlace químico entre las moléculas de hidrógeno y oxígeno presentes en el agua se elimine, facilitando la obtención del hidrógeno y su empleo como combustible. Por Pablo Javier Piacente.
El desarrollo de una nueva aleación, que consiste en la sustitución de un dos por ciento de antimonio (Sb) en el nitruro de galio (GaN), podría convertirse en un importante avance en el terreno de la energía solar, porque permite la obtención de hidrógeno a partir de dicha energía.
El proceso sería el siguiente: cuando la energía solar incide sobre esta nueva aleación, se separan las moléculas de hidrógeno y oxígeno presentes en el agua. Este avance ha sido realizado por ingenieros e investigadores de la Universidad de Kentucky y la Universidad de Louisville.
La investigación ha sido financiada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, y ha contado con la dirección de los profesores Madhu Menon y R. Michael Sheetz, del Centro de Ciencias de la Computación de la Universidad de Kentucky, y del profesor Mahendra Sunkara y el estudiante graduado Chandrashekhar Pendyala, integrantes del Conn Center for Renewable Energy Research de la Universidad de Louisville.
El hallazgo ha sido descrito en un artículo recientemente publicado en el medio especializado Physical Review Journal, y también ha sido difundido a través de artículos publicados en otros medios, como Science Daily y EurekAlert!. Los resultados de la investigación podrían tener un profundo impacto en el futuro de la energía solar.
Aunque todavía basada principalmente en cálculos teóricos, los especialistas de la Universidad de Kentucky y la Universidad de Louisville han logrado demostrar que una aleación formada por una sustitución de un dos por ciento de antimonio (Sb) en el nitruro de galio (GaN) tiene las propiedades eléctricas necesarias para permitir que la energía de la luz solar pueda dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno, un proceso conocido como descomposición fotoelectroquímica del agua.
Enfoque renovador
Cuando la aleación mencionada se sumerge en el agua y se expone a la luz del sol, el enlace químico entre las moléculas de hidrógeno y oxígeno se destruye. De esta forma, el hidrógeno se puede obtener fácilmente para su uso como combustible. Sin embargo, anteriores trabajos también desarrollaron soluciones similares. ¿Cuál es, en consecuencia, la innovación aplicada por los expertos de Kentucky y Louisville?.
Principalmente, el nuevo enfoque de estos especialistas rompe un concepto instaurado en las investigaciones anteriores, que se centraron en la descomposición fotoelectroquímica del agua, ya que estos trabajos previos se enfocaron en el uso de materiales complejos.
Por el contrario, el equipo de Kentucky y Louisville ha tomado un camino alternativo, buscando materiales simples y de bajo coste. El propósito era obtener el efecto deseado aplicando mínimos ajustes en la disposición electrónica de estos materiales semiconductores.
De esta forma, los investigadores utilizaron el nitruro de galio (GaN), un semiconductor que ha sido de uso generalizado para la producción de luminarias LED´s desde la década de 1990. El antimonio (Sb), por su parte, es un metaloide cuya demanda ha aumentado en los últimos años para aplicaciones en microelectrónica.
Económica y ecológica
La aleación GaN-Sb es la primera alternativa sencilla y económica presentada como opción para la división o descomposición fotoelectroquímica del agua. La nueva aleación cumple funciones de catalizador en la reacción, permitiendo su reutilización de forma indefinida.
Actualmente, los investigadores de la Universidad de Louisville y la Universidad de Kentucky están trabajando para concretar la producción de la aleación, con el propósito de evaluar su capacidad en la práctica para convertir la energía solar en hidrógeno. De hacerse efectiva esta producción, podría transformarse en un fuerte dinamizador de las energías renovables.
El hidrógeno es considerado un componente clave en la transición que la industria deberá concretar, tarde o temprano, hacia fuentes renovables y más limpias de energía. Puede ser utilizado en pilas de combustible para generar electricidad, se quema para producir calor y se emplea en motores de combustión interna de vehículos.
Al quemarse, el hidrógeno se combina con el oxígeno para formar vapor de agua como único residuo. Asimismo, el hidrógeno también tiene amplias aplicaciones en la ciencia y la industria más allá de su valor energético, pero en la actualidad la mayor parte del hidrógeno se deriva de fuentes no renovables como el carbón y el gas natural, necesarias para generar la energía eléctrica que permita el fraccionamiento de agua.
Como consecuencia, la producción de hidrógeno involucra actualmente una gran cantidad de emisiones de CO2. Como contrapartida, la aleación GaN-Sb tiene el potencial de convertir la energía solar en un sistema económico, aportando una fuente libre de carbono para la producción de hidrógeno.
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