Investigadores de la EPFL (Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza) han construido un reactor solar para producir hidrógeno, oxígeno y calor. El sistema, a escala piloto, ha conseguido, además, una eficiencia sin precedentes. Capaz de concentrar la radicación solar casi 1.000 veces, convierte el agua en hidrógeno, calor y oxígeno renovables.
Tal y como explican desde EPFL, nadie pensaría que se trata de un sistema como el que es. De hecho, da la impresión de ser una gran antena parabólica, pero se mueve siguiendo la luz solar. Según Sophia Haussener, directora del Laboratorio de Ciencia e Ingeniería de Energías Renovables de la Facultad de Ingeniería de Lausana (LRESE):
“Esta es la primera demostración a nivel de sistema de generación de hidrógeno solar. A diferencia de las demostraciones típicas a escala de laboratorio, incluye todos los dispositivos y componentes auxiliares, por lo que nos da una mejor idea de la eficiencia energética que puede esperar una vez que considera el sistema completo, y no solo el dispositivo en sí.
Con una potencia de salida de más de 2 kilovatios, hemos roto el techo de 1 kilovatio para nuestro reactor piloto mientras mantenemos una eficiencia récord para esta escala. La tasa de producción de hidrógeno lograda en este trabajo representa un paso realmente alentador hacia la comercialización de esta tecnología”.
El proyecto se basa en una investigación preliminar realizado a escala de laboratorio que utilizaba un simulador solar de alto flujo del laboratorio del campus. Los resultados de ese trabajo preliminar se publicaron en Nature Energy en 2019. Ahora, el equipo ha publicado los nuevos del escalado, eficiencia y multi generación del producto en condiciones del mundo real.
EPFL, el sistema y la fotosíntesis artificial
Explican desde EPFL que la producción de hidrógeno a partir del agua utilizando energía solar se conoce como fotosíntesis artificial. La diferencia de su sistema radica en que es único por su capacidad para producir calor y oxígeno a escala.
Asimismo, indican cómo funciona el sistema:
“Después de que el plato concentra los rayos del sol, se bombea agua a su punto de enfoque, donde se aloja un reactor fotoelectroquímico integrado. Dentro de este reactor, las células fotoelectroquímicas utilizan la energía solar para electrolizar o dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno.
También se genera calor, pero en lugar de liberarse como una pérdida del sistema, este calor pasa a través de un intercambiador de calor para que pueda aprovecharse, por ejemplo, para la calefacción ambiental”.
Más allá del hidrógeno y el calor, el sistema también produce moléculas de oxígeno liberadas por la reacción de fotoelectrólisis. Éstas también se recuperan y utilizan. Al respecto, añade la investigadora:
“El oxígeno a menudo se percibe como un producto de desecho, pero en este caso, también se puede aprovechar, por ejemplo, para aplicaciones médicas”.
Aplicaciones del sistema
El sistema es idóneo tanto para aplicaciones como industriales, comerciales y residenciales. Hasta el punto de que SoHHytec SA, la spin-off de LRESE, ya lo está implementando y comercializando.
EPFL está trabajando con una instalación de producción de metales en Suiza. Van a crear una planta de demostración a escala de 100 kilovatios. Producirá hidrógeno para los procesos de recocido de metales, oxígeno para los hospitales cercanos y calor para el agua caliente de las necesidades de la fábrica.
El cofundador y director ejecutivo de SoHHytec, Saurabh Tembhurne, ha explicado:
“Con la demostración piloto en la EPFL, hemos logrado un hito importante al demostrar una eficiencia sin precedentes a altas densidades de potencia de salida. Ahora estamos ampliando un sistema en una configuración similar a un jardín artificial, donde cada uno de estos ‘árboles artificiales’ se implementa de manera modular”.
El sistema también es perfecto para abastecer de agua caliente y calefacción, y tanto a nivel residencial como comercial. Y, además, para alimentar pilas de celda de combustible de coches. Señalan desde EPFL:
“Con un nivel de producción de aproximadamente medio kilogramo de hidrógeno solar por día, el sistema del campus de la EPFL podría alimentar alrededor de 1,5 vehículos de celdas de combustible de hidrógeno que recorren una distancia anual promedio; o satisfacer hasta la mitad de la demanda de electricidad y más de la mitad de la demanda anual de calor de un hogar suizo típico de cuatro personas”.
El equipo de investigación de Lausana no se queda ahí. Haussener ha indicado que están trabajando nuevas vías tecnológicas. Entre ellas, un sistema de energía solar a gran escala para dividir no agua sino dióxido de carbono. Eso produciría otros materiales útiles, como gas de síntesis, para combustible líquido, o etileno, precursor del plástico verde.
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