Un proceso innovador combina fotocatálisis y biomasa vegetal para crear una alternativa limpia y eficiente para producir hidrógeno verde.
Investigadores en Corea del Sur han desarrollado un método innovador para producir hidrógeno a partir de la luz solar y los residuos de la caña de azúcar.
La nueva técnica genera cuatro veces más hidrógeno que el estándar comercial actual de EE.UU.
El avance fue liderado por los profesores Seungho Cho y Kwanyong Seo de la Escuela de Energía e Ingeniería Química de la UNIST, en colaboración con el equipo del profesor Ji-Wook Jang del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la misma universidad.
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Nuevo enfoque con la biomasa
La tecnología cosechadoras biomasa extraída de caña de azúcar con fotoelectrodos de silicio.
El proceso elimina el uso de gas natural, evitando la emisión de dióxido de carbono.
Esto supone un importante salto hacia la producción sostenible de hidrógeno, considerado un combustible limpio y con una alta densidad energética, 2,7 veces mayor que la de la gasolina.
La materia prima utilizada es el furfural, un compuesto obtenido a partir de los residuos de la caña de azúcar. Al oxidarse en el electrodo de cobre, no solo genera hidrógeno, sino que también se convierte en ácido furoico.
Este subproducto tiene un alto valor en el sector químico, añadiendo aún más importancia al proceso.
Dos electrodos, doble salida.
El sistema desarrollado es de tipo fotoelectroquímico (PEC) y produce hidrógeno en dos electrodos. Por un lado, el furfural se oxida.
Por otro lado, el silicio cristalino divide el agua, liberando más hidrógeno. Esta producción simultánea aumenta la eficiencia del proceso.
La tasa registrada fue de 1,4 mmol por centímetro cuadrado por hora, casi cuatro veces mayor que los 0,36 mmol/cm²·h establecidos por el Departamento de Energía de Estados Unidos.
Esta alta eficiencia es un resultado directo de la acción de los fotoelectrodos de silicio. Generan una gran cantidad de electrones cuando se exponen a la luz solar.
El desafío fue que esta estructura genera un voltaje muy bajo, solo 0,6 voltios. Esto hizo difícil iniciar la reacción sin ayuda externa.
Solución para la tensión
Para superar este obstáculo, los científicos integraron la reacción del furfural en el sistema. Esta oxidación ayudó a equilibrar la tensión interna, prescindiendo de fuentes de energía externas.
De esta forma fue posible mantener una alta densidad de fotocorriente y garantizar la producción continua de hidrógeno.
Fotocorriente es el término técnico que describe el flujo de electrones generados por la luz. Cuanto mayor sea esta corriente, más eficiente será la producción de hidrógeno. En el caso de este sistema, se mantuvo estable durante las pruebas.
Eficiencia y protección
Otro detalle técnico importante fue el uso de una estructura llamada IBC, que significa “contacto posterior interdigitado”. Esta arquitectura reduce las pérdidas eléctricas dentro del fotoelectrodo.