Investigadores del Centro de Investigación en Frontera Energética de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill han desarrollado un sistema que, según afirman, convierte la energía del sol en combustible de hidrógeno.

“Los llamados ‘combustibles solares como el hidrógeno ofrecen una solución para almacenar energía para su uso nocturno, tomando como modelo la fotosíntesis natural”, dijo el investigador principal Tom Meyer, profesor distinguido de Química en la Facultad de Artes y Ciencias de UNC. “Nuestros nuevos hallazgos podrían aportar la última pieza clave de un rompecabezas para una nueva forma de almacenar la energía del sol—podrían marcar un punto de inflexión hacia un futuro basado en la energía solar”.”

Bautizado como célula de fotoelectro-síntesis sensibilizada con colorante (DSPEC), este nuevo sistema—diseñado por Meyer y sus colegas en UNC junto con el grupo de Greg Parsons en la Universidad Estatal de Carolina del Norte—genera combustible de hidrógeno utilizando la energía del sol para dividir el agua en sus componentes. Tras la división, el hidrógeno se captura y almacena, mientras que el oxígeno resultante se libera al aire.

“Pero dividir el agua es extremadamente difícil de hacer”, dijo Meyer en un comunicado. ”Necesitas extraer cuatro electrones de dos moléculas de agua, transferirlos a otro lugar y producir hidrógeno, y una vez hecho eso, mantener separados el hidrógeno y el oxígeno. Diseñar moléculas capaces de realizar esto es un desafío enorme que hemos empezado a superar”.”

Se dice que el diseño de Meyer tiene dos componentes básicos: una molécula y una nanopartícula. La molécula, un conjunto cromóforo-catalizador, absorbe la luz solar y pone en marcha el catalizador para extraer electrones del agua. La nanopartícula, a la que están unidos miles de conjuntos cromóforo-catalizadores, forma parte de una película de nanopartículas que transporta los electrones hacia fuera para producir hidrógeno.

Según la UNC-Chapel Hill, incluso con los mejores intentos, el sistema siempre fallaba porque o bien el conjunto cromóforo-catalizador se desprendía de las nanopartículas, o bien los electrones no podían ser transportados lo suficientemente rápido como para producir hidrógeno.

Para resolver ambos problemas, Meyer recurrió al grupo de Parsons en NCSU para utilizar una técnica que recubría la nanopartícula con una fina capa de dióxido de titanio.

Al utilizar capas ultrafinas, los investigadores descubrieron que la nanopartícula podía transportar electrones mucho más rápidamente que antes, permitiendo que los electrones liberados estuvieran disponibles para producir hidrógeno. También determinaron cómo construir un revestimiento protector que mantenga firmemente unido el conjunto cromóforo-catalizador a la nanopartícula, asegurando que este conjunto permaneciera en la superficie.

Con los electrones fluyendo a través de la nanopartícula y el anclaje estabilizado, el nuevo sistema de Meyer puede convertir la energía del sol en combustible sin necesidad casi de energía externa para funcionar.

La infraestructura para instalar estos convertidores de luz solar a combustible está al alcance, basándose en tecnologías ya existentes. Un próximo objetivo es utilizar el mismo enfoque para reducir el dióxido de carbono hasta obtener un combustible a base de carbono, como el formiato o el metanol.

“Cuando hablas de alimentar un planeta con energía almacenada en baterías, simplemente no es práctico”, dijo Meyer. ”Resulta que la forma más densa en términos energéticos de almacenar energía son los enlaces químicos de las moléculas. Y eso es justamente lo que hicimos—encontramos una respuesta mediante la química”.”