Hacer hidrógeno con energía solar, con oxígeno y calor como una ventaja

El hidrógeno es un gas útil. Ya sea que desee hacer flotar una aeronave, alimentar un camión o calentar un proceso industrial, el hidrógeno puede hacer el trabajo. Sin embargo, producirlo es actualmente un tema complicado. Si bien se puede producir de manera limpia utilizando energía renovable, a menudo es mucho más barato separarlo de los combustibles de hidrocarburos mediante procesos que generan una contaminación significativa.

Sin embargo, existen métodos para generar hidrógeno de manera más eficiente, en un proceso limpio y sostenible. que también produce calor y oxígeno útiles como subproductos. ¿La clave del proceso? Sol concentrado.

El hidrógeno se promociona como un combustible limpio del futuro, en virtud del hecho de que puede quemarse o usarse para producir electricidad con emisiones mínimas o nulas. Se promociona como un combustible potencial para automóviles, camiones, trenes, aviones e incluso equipos de construcción. Sin embargo, si bien el hidrógeno en sí es limpio, generarlo a menudo no lo es. Ha comenzado la carrera para encontrar un método limpio para producir hidrógeno a escala, con investigadores investigando todo, desde nanopartículas hasta procesos pirolíticos avanzados. Siempre que escuchas a la gente hablar de “hidrógeno verde”, esto es lo que quieren decir: hidrógeno producido sin emisiones desagradables de efecto invernadero.

Con miras a producir hidrógeno exquisitamente limpio. Los investigadores han demostrado una planta piloto a escala de kilovatios utilizando tecnología de hidrólisis solar, según un artículo publicado en Nature. El sistema funciona con agua del grifo municipal, que pasa por múltiples filtros de partículas y desionizadores para prepararla para el reactor. En el interior del reactor, el agua desionizada se calienta mediante la luz captada por un plato de espejo parabólico de 7 metros de diámetro, que actúa como concentrador para maximizar la energía solar que llega al reactor. Esta luz no sólo calienta el agua, sino que también llega a un panel fotovoltaico que proporciona energía para hacer funcionar la celda de electrólisis PEM, que es la que realmente divide el agua en hidrógeno y oxígeno.

La clave del sistema es el doble propósito de la entrada de energía solar. La idea más básica es simplemente utilizar la energía solar de un sistema fotovoltaico para alimentar una celda de electrólisis PEM. En este caso, sin embargo, la energía solar también se utiliza para calentar el agua, lo que mejora drásticamente el rendimiento del proceso electroquímico.

Un enfoque holístico también maximiza el valor económico generado por el sistema. El calor residual del sistema se captura con un intercambiador de calor donde podría usarse para una variedad de propósitos de calefacción externa. Además, el sistema no sólo produce hidrógeno, sino también oxígeno. Si bien no es directamente útil como combustible, sigue siendo útil para una amplia variedad de aplicaciones industriales y médicas.

La planta piloto produce aproximadamente medio kilogramo de hidrógeno al día. Eso es suficiente para impulsar un solo coche de hidrógeno para un europeo que acumula un kilometraje anual bastante medio. Alternativamente, una instalación de este tipo podría satisfacer aproximadamente la mitad de la demanda eléctrica y más de la mitad de la demanda anual de calor de un hogar suizo medio. Sin embargo, siendo realistas, la energía solar fotovoltaica pura sería mucho más sencilla en este caso.

Ya existen planes para construir un sistema más grande a escala de varios cientos de kilovatios, que producirá hidrógeno para su uso en una planta de producción de metales en Suiza. También suministrará oxígeno para uso médico y entregará agua caliente para su uso en la fábrica.

Por cierto, si está interesado en diseñar su propio sistema similar, tiene ayuda a su disposición. La École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ha lanzado la herramienta de optimización de dispositivos fotoelectroquímicos solares, o SPECDO para abreviar. Básicamente, es una página web llena de calculadoras que determinan los parámetros de rendimiento de un determinado generador solar de hidrógeno. Sin embargo, tendrás que ser bastante hábil con tu ingeniería y encontrar una manera de conseguir un electrolizador PEM eficaz para tu diseño.

Si el hidrógeno se convierte en el combustible principal del futuro, los procesos fotoquímicos solares para producirlo de manera eficiente serán clave. No tiene sentido gastar enormes sumas de dinero para convertir el transporte y la industria al combustible de hidrógeno si, después de todo, lo producimos de una manera que todavía crea emisiones de gases de efecto invernadero. Al mismo tiempo, esta investigación muestra que el hidrógeno todavía no es la solución mágica para todos nuestros problemas. Requiere mucha ingeniería y delicadeza para resultar más limpio que los combustibles que pretende reemplazar.