La reacción química para producir hidrógeno del agua es varias veces más efectiva cuando se usa una combinación de nuevos materiales en tres capas, según investigadores de la Universidad de Linköping en Suecia. El hidrógeno producido a partir del agua es una fuente prometedora de energía renovable, especialmente si el hidrógeno se produce usando la luz solar.
La producción de nuevos autos de gasolina y diesel estará prohibido en la UE a partir de 2035. Se espera que los motores eléctricos se vuelvan cada vez más comunes en los vehículos, pero no son adecuados para todo tipo de transporte.
«Passenger cars can have a battery, but heavy trucks, ships or aircraft cannot use a battery to store the energy. For these means of transport, we need to find clean and renewable energy sources, and hydrogen is a good candidate,» says Jianwu Sun, associate professor at Linköping University, who has led the study published in the Revista de la American Chemical Society.
Los investigadores de LIU están trabajando en el desarrollo de materiales que pueden usarse para producir hidrógeno (H2) del agua (h2O) Usando la energía a la luz solar.
El equipo de investigación ha demostrado previamente que un material llamado carburo de silicio cúbico (3C-SIC) tiene propiedades beneficiosas para facilitar la reacción donde el agua se divide en hidrógeno y oxígeno. El material puede capturar de manera efectiva la luz solar para que la energía allí pueda usarse para la producción de hidrógeno a través de la reacción de división de agua fotoquímica.
En su estudio actual, los investigadores han desarrollado aún más un nuevo material combinado. El nuevo material consta de tres capas: una capa de carburo de silicio cúbico, una capa de óxido de cobalto y un material de catalizador que ayuda a dividir el agua.
«Es una estructura muy complicada, por lo que nuestro enfoque en este estudio ha sido comprender la función de cada capa y cómo ayuda a mejorar las propiedades del material. El nuevo material tiene ocho veces mejor rendimiento que el carburo de silicio cúbico puro para dividir el agua en hidrógeno», dice Jianwu Sun.
Cuando la luz solar golpea el material, se generan cargas eléctricas, que luego se usan para dividir el agua. Un desafío en el desarrollo de materiales para esta aplicación es evitar que las cargas positivas y negativas se fusionen nuevamente y se neutralicen mutuamente. En su estudio, los investigadores muestran que al combinar una capa de carburo de silicio cúbico con las otras dos capas, el material, conocido como Ni (OH)2/Co3O4/3C-SIC, se vuelve más capaz de separar las cargas, lo que hace que la división del agua sea más efectiva.
Hoy, hay una distinción entre hidrógeno «gris» y «verde». Casi todo el hidrógeno presente en el mercado es un hidrógeno «gris» producido a partir de un combustible fósil llamado gas natural o gas fósil. La producción de una tonelada de gas de hidrógeno «gris» provoca una emisión de hasta diez toneladas de dióxido de carbono, lo que contribuye al efecto invernadero y al cambio climático. El hidrógeno «verde» se produce utilizando electricidad renovable como fuente de energía.
El objetivo a largo plazo de los investigadores de LIU es poder usar solo energía del sol para impulsar la reacción fotoquímica para producir hidrógeno «verde». La mayoría de los materiales en desarrollo hoy en día tienen una eficiencia de entre 1 y 3 por ciento, pero para la comercialización de esta tecnología de hidrógeno verde, el objetivo es un 10 por ciento de eficiencia. Ser capaz de impulsar completamente la reacción utilizando energía solar reduciría el costo de producir hidrógeno «verde», en comparación con producirla utilizando electricidad renovable complementaria como se hace con la tecnología utilizada hoy en día. Jianwu Sun especula que puede tardar entre cinco y diez años en que el equipo de investigación desarrolle materiales que alcanzan el codiciado límite del 10 por ciento.
La investigación ha sido financiada con el apoyo de, entre otros, la Fundación Suecia para la Cooperación Internacional en Investigación y Educación Superior (Stint), el Olle Engkvists Stiftelse, la Fundación Åforsk, los Carl Tryggers Stiftelse y a través del área de investigación estratégica del gobierno sueco en materiales funcionales avanzados (AFM) de la Universidad de Linköping.
