Hacer hidrógeno con energía solar, con oxígeno y calor, 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 tenso. Si bien se puede producir de forma 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 útil y oxígeno 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, mientras que 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 que investigan todo, desde nanopartículas hasta procesos pirolíticos avanzados. Cada vez que escucha a la gente hablar sobre "hidrógeno verde", esto es lo que quieren decir: hidrógeno producido sin emisiones de efecto invernadero desagradables.

Con miras a producir hidrógeno exquisitamente limpio. Los investigadores han demostrado una planta piloto en la 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 es calentada por la luz captada por un plato parabólico de espejo de 7 metros de diámetro, que actúa como concentrador para maximizar la energía solar que llega al reactor. Esta luz no solo calienta el agua, sino que también llega a un panel fotovoltaico que proporciona energía para hacer funcionar la celda de electrólisis PEM, que es lo que en realidad 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 solo genera hidrógeno, sino también oxígeno. Si bien esto 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 por día. Eso es suficiente para impulsar un solo automóvil de hidrógeno para un europeo que acumula un kilometraje anual bastante promedio. Alternativamente, una instalación de este tipo podría proporcionar aproximadamente la mitad de la demanda eléctrica y más de la mitad de la demanda anual de calor de un hogar suizo promedio. Sin embargo, de manera realista, la energía solar fotovoltaica directa sería mucho más simple en este caso.

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

Por cierto, si está interesado en diseñar su propio sistema similar, la ayuda está disponible. La École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ha lanzado la herramienta Solar PhotoElectroChemical Device Optimization, o SPECDO para abreviar. Esencialmente, es una página web llena de calculadoras que determinan los parámetros de rendimiento de un generador de hidrógeno solar determinado. Sin embargo, deberá ser bastante ingenioso con su ingeniería y encontrar una manera de obtener un electrolizador PEM efectivo para su diseño.

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