Al contrario que con los combustibles fósiles, la combustión del hidrógeno solo genera agua como producto, sin emisiones de dióxido de carbono. Esto, lógicamente, lo presenta como un combustible muy atractivo para prevenir el incremento del efecto invernadero y, con él, el avance del calentamiento global y el cambio climático. No obstante, la propia obtención del hidrógeno requiere energía, que generalmente se obtiene a partir de combustibles fósiles. Pero no es un proceso muy eficiente, de modo que no se obtiene suficiente hidrógeno para compensar sus perjuicios. Por eso, los científicos llevan mucho tiempo intentando emular la fotosíntesis de las plantas.
Y es que, entre otros procesos, durante la fotosíntesis se separa el agua en los dos elementos que la componen: el oxígeno y el hidrógeno. Sería una forma sencilla y limpia de obtener este combustible, pero el proceso artificial cuenta con varias limitaciones, como la destrucción progresiva del semiconductor necesario para llevar a cabo el procedimiento. Por eso, el nuevo estudio publicado en Nature por un equipo de científicos de la Universidad de Michigan supone un soplo de aire fresco en una investigación que hasta ahora parecía estancada.
Han logrado obtener hidrógeno con una eficiencia bastante prometedora, sin dañar el semiconductor. Es más, no solo no se daña, sino que mejora con el uso. Aún es pronto para comenzar a usarlo; pero, sin duda, es un paso importante en la búsqueda de un combustible libre de emisiones de carbono.
Así es la ‘hoja’ artificial para obtener hidrógeno
El dispositivo diseñado por estos científicos actuaría como una hoja artificial en la que se lleva a cabo la fotosíntesis para separar el agua (H₂O) en oxígeno en hidrógeno. Hasta ella llega la luz solar, previamente colectada y enfocada en una lente del tamaño de una casa, por lo que se llega a emplear hasta el equivalente a 160 soles.
La ‘hoja’ es en realidad una placa fabricada a base de nanoestructuras de nitruro de galio e indio, cultivadas sobre una superficie de silicio. Una vez que la luz incide sobre ella, esta se transforma en electrones libres y huecos cargados positivamente que quedan cuando los electrones son liberados por la luz. Además, según explican en un comunicado los autores del estudio, “las nanoestructuras están salpicadas con bolas de metal a nanoescala, de 1/2000 de milímetro de diámetro, que utilizan esos electrones y agujeros para ayudar a dirigir la reacción”. En definitiva, se emula la cadena de electrones con la que se dirige la fotosíntesis en las plantas.
Ventajas frente a otros métodos
Además de todo lo expuesto anteriormente, esta nueva placa tiene una capa aislante capaz de mantener la temperatura constante a 75 °C. Esto es suficiente para estimular la reacción por la que el agua se divide en oxígeno e hidrógeno, pero no tanto como para que se dañe el semiconductor, también presente en la placa. Además, a esa temperatura se evita que el hidrógeno y el oxígeno que se generan vuelvan a enlazarse para formar más agua, por lo que se aumenta la eficiencia.
Esta es una de sus grandes ventajas frente a otros métodos de obtención de hidrógeno. Pero no la única. Su segundo gran punto a favor es que es capaz de utilizar un mayor rango del espectro de la luz solar. Es decir, por un lado, puede emplear la parte de mayor energía del espectro para dividir la molécula de agua. Y, por otro, la de menos energía se usa simplemente para calentar la reacción. De este modo, se obtiene el hidrógeno con una eficiencia del 6,1% al aire libre y del 9% en interiores.
Esta es una cifra prometedora, pero no suficiente, por lo que el siguiente objetivo de estos científicos es aumentar el porcentaje. Ya han demostrado lo que pueden hacer, incluso han conseguido reutilizar parte del hidrógeno obtenido para generar aún más combustible. Ahora tendrán que perfeccionar la técnica. Es esencial para que, en un futuro, el uso del hidrógeno como combustible sea realmente algo factible.
