Luz en lugar de electricidad: Un nuevo tipo de “hidrógeno verde”
Simple y prometedor
Modelos estructurales de dos clústeres que permiten la división del agua en O2 y H2 mediante la energía luminosa
En la actualidad, el hidrógeno verde suele crearse dividiendo el agua con corriente eléctrica procedente de fuentes de energía renovables. Los científicos de la Universidad Técnica de Viena han desarrollado un nuevo diseño de fotocatalizador que podría hacer este proceso más directo y controlable.
El hidrógeno podría ser una parte importante de nuestro futuro suministro de energía: Puede almacenarse, transportarse y quemarse cuando sea necesario. Sin embargo, la mayor parte del hidrógeno disponible en la actualidad es un subproducto de la producción de gas natural, algo que debe cambiar por razones de protección del clima. La mejor estrategia hasta ahora para producir “hidrógeno verde” respetuoso con el medio ambiente es dividir el agua en hidrógeno y oxígeno utilizando electricidad procedente de fuentes de energía renovables, por ejemplo, células fotovoltaicas.
Sin embargo, sería mucho más fácil si la luz solar pudiera utilizarse directamente para dividir el agua. Esto es exactamente lo que los nuevos catalizadores están haciendo posible, en un proceso llamado “división fotocatalítica del agua”. El concepto aún no se utiliza a nivel industrial. En la Universidad Técnica de Viena se han dado pasos importantes en esta dirección: a escala atómica, los científicos han conseguido una nueva combinación de catalizadores moleculares y de estado sólido que pueden realizar el trabajo utilizando únicamente materiales relativamente baratos.
Interacción de diferentes átomos
“En realidad, para poder dividir el agua con la luz hay que resolver dos tareas al mismo tiempo”, dice Alexey Cherevan, del Instituto de Química de Materiales de la Universidad Técnica de Viena. “Tenemos que pensar en el oxígeno y en el hidrógeno. Los átomos de oxígeno del agua deben transformarse en moléculas de O2, y los iones de hidrógeno restantes -que son sólo protones- deben convertirse en moléculas de H2”.
Ahora se han encontrado soluciones para ambas tareas: Diminutos grupos inorgánicos formados por un número reducido de átomos se anclan en una superficie de estructuras de soporte que absorben la luz, como el óxido de titanio. La combinación de clústeres y soportes semiconductores cuidadosamente elegidos conduce al comportamiento deseado.
Los cúmulos responsables de la oxidación del oxígeno están formados por cobalto, tungsteno y oxígeno, mientras que los cúmulos de azufre y molibdeno son especialmente adecuados para crear moléculas de hidrógeno. Los investigadores de la Universidad Técnica de Viena fueron los primeros en depositar estos cúmulos en una superficie de óxido de titanio, donde pueden actuar como catalizadores para la división del agua.
“El óxido de titanio es sensible a la luz, eso ya se sabía”, dice Alexey Cherevan. “La energía de la luz absorbida conduce a la creación de electrones en movimiento libre y cargas positivas en movimiento libre en el óxido de titanio. Estas cargas permiten que los grupos de átomos asentados en esta superficie faciliten la división del agua en oxígeno e hidrógeno”.
Control preciso, átomo por átomo
“Otros grupos de investigación que trabajan en la división del agua con luz se basan en nanopartículas que pueden adoptar formas y propiedades superficiales muy diferentes”, explica Alexey Cherevan. “Los tamaños son difíciles de controlar, los átomos no están dispuestos de la misma manera. Por eso, en este caso, no es posible explicar exactamente cómo se produce el proceso de catálisis en detalle”. En cambio
