Científicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) han desarrollado un dispositivo para convertir directamente la luz solar en hidrógeno. Al integrar un concentrador solar y un sistema de gestión térmica inteligente, el equipo suizo dice que su dispositivo puede lograr una tasa de conversión estable de energía solar a hidrógeno del 17%, lo que podría "proporcionar una vía para la escalabilidad de dispositivos orientada hacia el despliegue a gran escala de la producción de hidrógeno fotoelectroquímico".
El dispositivo se describe en un artículo titulado “Un generador de hidrógeno fotoelectroquímico térmicamente sinérgico que funciona con irradiación solar concentrada”, publicado en Nature Energy.
Una de las innovaciones clave del dispositivo es el uso de un concentrador solar, que puede aumentar la irradiación en él hasta 474 kW / m², acompañado de un sistema de gestión térmica que mantiene la celda solar fría, lo que le permite operar de manera más eficiente y transferir calor. Se genera en otro lugar del sistema donde se necesita.
"En nuestro dispositivo, una delgada capa de agua corre sobre una célula solar para enfriarla", dijo el coautor del artículo Saurabh Tembhurne, al portal de energía pvmagazine. "Al mismo tiempo, el calor extraído por el agua se transfiere a los catalizadores, lo que mejora la reacción química y aumenta la tasa de producción de hidrógeno".
Los intentos de desarrollar un enfoque fotoelectroquímico para la producción de hidrógeno han afrontado grandes desafíos para mantener los niveles de rendimiento. La necesidad de materiales raros y costosos en tales dispositivos es otro obstáculo para alcanzar su comercialización. Si bien las tecnologías que utilizan energía solar para alimentar a los electrolizadores separados que producen hidrógeno son mucho más avanzadas comercialmente, el equipo de EPFL dice que su dispositivo tiene menos posibilidades de pérdida de eficiencia, ya que implica menos etapas en el proceso de producción de hidrógeno.
El nuevo dispositivo incorpora una célula fotovoltaica basada en materiales III-V, que generalmente se consideran prohibitivamente caros para aplicaciones solares comerciales. Sin embargo, el equipo dice que concentrar más luz solar en un área más pequeña significa que se requieren menos componentes tan costosos. "Si se puede mantener una alta eficiencia, estos dispositivos fotoelectroquímicos concentrados pueden ser económicamente competitivos a través de la incorporación de materiales de mejor rendimiento, aunque raros o costosos, en cantidades reducidas", dice el artículo de Nature Energy.
Tan prometedores fueron los resultados observados en las pruebas de laboratorio, que el equipo decidió ampliar el dispositivo y las pruebas al aire libre con un espejo parabólico de 7 m, ha comenzado en el campus de la EPFL de Lausana. Los autores principales del artículo también tienen planes para comercializar su tecnología a través de una empresa derivada, llamada SoHHytec.
"La densidad de corriente y la potencia de salida (27 W) logradas proporcionan una vía para la escalabilidad del dispositivo dirigida hacia el despliegue a gran escala de la producción fotoeléctrica de hidrógeno", afirman en la revista.
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