Milloren l'obtenció d'hidrogen a partir d'aigua i llum solar

El dispositiu fotoactiu aconsegueix vèncer els problemes d'estabilitat mantenint els beneficis de cost i eficiència
21/12/2015 | SCP

L'hidrogen presenta un gran potencial com a combustible, motiu pel qual els avanços en la seua obtenció són claus en el camp de les energies alternatives. Investigadors del Grup de Dispositius Fotovoltaics i Optoelectrònics de la Universitat Jaume I han desenvolupat un dispositiu orgànic que permet reduir l'aigua a hidrogen a partir únicament de llum solar. Els materials orgànics ofereixen major eficiència i versatilitat a un menor cost que els inorgànics utilitzats fins avui en aquest tipus de dispositius, però presenten problemes d'estabilitat en contacte amb un mitjà aquós. El treball publicat en The Journal of Phisical Chemistry aconsegueix una estabilitat excepcional en aquest tipus de dispositius i suposa un important avanç en l'obtenció de combustibles solars a partir de materials orgànics. 

Sixto Giménez, coordinador de la recerca, destaca que a través del dispositiu desenvolupat a l’UJI “s'ha aconseguit la producció d'hidrogen durant tres hores, la qual cosa demostra una estabilitat dels materials orgànics que no s'havia aconseguit fins ara”. Els dispositius fotovoltaics orgànics es corroeixen en aigua i es fan malbé amb molta facilitat. “La nostra estratègia ha sigut posar una barrera física entre la part fotovoltaica i el catalitzador que realitza la reacció de generació d’hidrogen. Per a açò hem dipositat capes compactes amb material d'òxid de titani nanomètric que no solament actua de barrera entre l'aigua i la part fotovoltaica, sinó que a més comunica elèctricament la part fotovoltaica i el catalitzador de platí. Utilitzant aquesta estratègia aconseguim augmentar enormement l'estabilitat mantenint les prestacions d'aquest tipus de dispositius”, explica l'investigador Antonio Guerrero.

L'obtenció de combustibles solars com l’hidrogen a partir d'aigua i llum solar és una estratègia dirigida a solucionar el problema energètic a nivell global. “Podem disposar d'uns recursos totalment renovables, com ara la llum del sol i l'aigua, per a obtenir un vehicle energètic com l'hidrogen. A més, l'hidrogen és un compost químic amb una infinitat d'aplicacions en l'àmbit industrial com la generació de fertilitzants, la síntesi de compostos hidrogenats, etc.”, ressalta Giménez.

La recerca s'ha desenvolupat en el marc del projecte PHOCS (Photogenerated Hydrogen by Organic Catalytic Systems), finançat a través del VII Programa Marc de la Unió Europea, que té com a objectiu el desenvolupament de nous dispositius basats en materials orgànics semiconductors per a dur a terme la foto-descomposició de l'aigua conduint a la generació d'hidrogen de forma eficient. Se cerca així optimitzar l'ús de materials més barats i sostenibles per a l'obtenció d'hidrogen.

Un dels principals reptes del projecte que finalitzarà el pròxim mes de novembre, després de tres anys de treball, és demostrar que els materials orgànics (plàstics), poden emprar-se per a la generació fotoelectroquímica d'hidrogen, objectiu que ja ha sigut aconseguit. Giménez explica que “l'hidrogen es pot utilitzar igual que la gasolina a causa del seu gran potencial energètic, energia que es pot transformar en electricitat, en energia mecànica, etc.”. L'ús d'aquests combustibles solars “permetrà que en un futur proper vages a una estació de servei i en comptes de omplir el dipòsit amb gasolina, un derivat del petroli, pugues omplir-lo d’hidrogen per a transformar-lo en electricitat mitjançant una cèl·lula de combustible i d'ací en energia mecànica, sent l'aigua l'únic producte de deixalla”, explica l'investigador. D'aquesta manera, la recerca en la qual participa l’UJI contribueix a la transició del model energètic actual, basat en combustibles fòssils, a un model sostenible i respectuós amb el medi ambient centrat en l'aprofitament de l'energia solar. Aquesta transició serà possible gràcies al desenvolupament de nous materials semiconductors.

Els models energètics basats en l'hidrogen (economia de l'hidrogen) constitueixen una prioritat en els programes de desenvolupament tecnològic de les primeres economies mundials com ara EUA, la Unió Europea i Japó. El projecte PHOCS està coordinat per la doctora Maria Rosa Antognazza, investigadora del Center for Nano Science and Technology Milano, i compta amb la participació de set socis de cinc països, entre els quals es troben centres de recerca i Universitats públiques com la Jaume I, a més de la companyia petrolífera italiana ENI. 

L'aportació al projecte PHOCS de l'equip de recerca dirigit a l’UJI per Sixto Giménez ha sigut la de tractar de comprendre quins són els mecanismes fisicoquímics que són responsables del funcionament d'aquest tipus de dispositius, per al que s'han utilitzat diferents tècniques desenvolupades en els laboratoris del grup de Dispositius Fotovoltaics i Optoelectrònics. A més, des del grup de la UJI s'ha desenvolupat una proposta pròpia de dispositiu orgànic que destaca pel nivell d'estabilitat aconseguit. “Ara el següent pas serà continuar treballant a millorar l'eficiència d'aquest dispositiu, especialment pel que fa als rendiments de conversió energètica”, explica Giménez. 

Vídeo: http://blogs.uji.es/cienciatv/ca/?p=4286&preview=true

Referències bibliogràfiques:

  • M. Haro, C. Solis, G. Molina, L. Otero, J. Bisquert, S. Gimenez and A. Guerrero. “Toward Stable Solar Hydrogen Generation Using Organic Photoelectrochemical Cells”, The Journal of Phisical Chemestry, 2015, 119 (12), pp 6488–6494
  • A. Guerrero, M. Haro, S. Bellani, M. Antognazza, L. Meda c, S. Gimenez and J. Bisquert. “Organic photoelectrochemical cells with quantitative photocarrier conversión”, Energy Environ. Sci., 2014, 7, 3666-3673
Informació proporcionada per: Servei de Comunicació i Publicacions
Universitat Jaume I CIF: Q-6250003-H Av. de Vicent Sos Baynat, s/n 12071 Castelló de la Plana, Espanya
Tel.: +34 964 72 80 00 Fax: +34 964 72 90 16