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Hidrógeno barato
Nanoptek , una startup con sede en Maynard, MA, ha desarrollado una nueva forma de producir hidrógeno a partir del agua utilizando energía solar. La compañía dice que su proceso es lo suficientemente barato como para competir con los enfoques más baratos que se utilizan ahora, que eliminan el hidrógeno del gas natural, y tiene la ventaja adicional de no liberar dióxido de carbono.
Solar gases: Un colector cilindro parabólico puede enfocar la luz solar en la titania nanoestructurada, mejorando la eficiencia de un nuevo sistema para generar hidrógeno mediante la división del agua.
Nanoptek, que ha estado desarrollando la nueva tecnología en parte con subvenciones de la NASA y el Departamento de Energía (DOE), completó recientemente su primera ronda de capital de riesgo, recaudando $ 4.7 millones que utilizará para instalar su primera planta piloto. La tecnología utiliza titania, un material abundante y barato, para capturar energía de la luz solar. La energía absorbida libera electrones, que dividen el agua para producir hidrógeno. Otros investigadores han utilizado la titania para dividir el agua en el pasado, pero los investigadores de Nanoptek encontraron una forma de modificar la titania para absorber más luz solar, lo que hace que el proceso sea mucho más barato y eficiente, dice John Guerra, fundador y director ejecutivo de la empresa.
Los investigadores han sabido desde la década de 1970 que la titania puede catalizar reacciones que dividen el agua. Pero si bien la titania es un buen material porque es barato y no se degrada en el agua, solo absorbe la luz ultravioleta, que representa una pequeña fracción de la energía de la luz solar. Otros investigadores han intentado aumentar la cantidad de luz solar absorbida combinando titania con tintes o dopantes, pero los tintes no son tan duraderos como la titania, y los dopantes no han producido sistemas eficientes, dice John Turner, quien desarrolla tecnologías de generación de hidrógeno en el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), en Golden, CO.
El enfoque de Nanoptek utiliza conocimientos de la industria de los semiconductores para hacer que la titania absorba más luz solar. Guerra dice que los fabricantes de chips saben desde hace mucho tiempo que tensar un material para que sus átomos se presionen ligeramente entre sí o se separen altera las propiedades electrónicas del material. Descubrió que depositar una capa de titania en nanoestructuras en forma de cúpula provocaba que los átomos se separaran. Cuando separas los átomos, se requiere menos energía para sacar los electrones de la órbita, dice. Eso significa que puede usar luz con menor energía, lo que significa luz visible en lugar de solo luz ultravioleta.
La tensión de los átomos también afecta la forma en que los electrones se mueven a través del material. Demasiada tensión y los electrones tienden a ser reabsorbidos por el material antes de dividir el agua. Guerra dice que la compañía ha tenido que encontrar un equilibrio entre absorber más luz solar y permitir que los electrones se muevan libremente fuera del material. Nanoptek también ha desarrollado formas más económicas de fabricar los materiales nanoestructurados. Inicialmente, la empresa utilizó procesos de fabricación de DVD, pero desde entonces ha pasado a un proceso propietario aún más económico.
John Turner de NREL dice que el proceso de Nanoptek es muy, muy prometedor. Y Harriet Kung, directora interina de la oficina de ciencias energéticas básicas del DOE, que ha financiado el trabajo de Nanoptek, dice que el enfoque de titania filtrada es uno de los avances más importantes desde que se descubrió que la titania era un fotocatalizador en la década de 1970.
Si funciona como se espera, la tecnología podría ayudar a abordar uno de los problemas fundamentales del uso de hidrógeno como combustible. El hidrógeno es atractivo porque es liviano y quemarlo solo produce agua. Pero hoy en día, la mayor parte del hidrógeno se fabrica a partir de gas natural, un proceso que libera cantidades considerables de dióxido de carbono. La otra opción principal es la electrólisis. Pero incluso si funciona con energía limpia, como la electricidad de la energía fotovoltaica, la electrólisis es ineficiente y costosa. Guerra dice que el uso de titania filtrada y el proceso de fabricación económico de Nanoptek hace que el proceso sea lo suficientemente barato y eficiente como para competir con los procesos que crean hidrógeno a partir del gas natural. Es más, dice Guerra, la tecnología Nanoptek puede ubicarse más cerca de los clientes que los procesos de gas natural a gran escala, lo que podría reducir significativamente los costos de transporte, contribuyendo así a que la tecnología sea atractiva. Y si en el futuro las emisiones de carbono se gravan o regulan, el enfoque libre de carbono de Nanoptek es otra ventaja.
Turner dice que, además de producir hidrógeno para vehículos con pilas de combustible, el proceso de Nanoptek, si es realmente eficiente y económico, como afirma la empresa, también podría ser importante para la electricidad solar a gran escala. Si la energía solar va a ser alguna vez una fuente de energía dominante, será esencial encontrar formas de almacenar la energía para uso nocturno. Y el hidrógeno, dice, podría ser una buena forma de almacenarlo.