El hidrógeno jugará un papel clave en la reducción de nuestra dependencia de los combustibles fósiles. Se puede producir de forma sostenible mediante el uso de energía solar para dividir las moléculas de agua. La energía limpia resultante se puede almacenar, se utiliza para alimentar automóviles o se convierte en electricidad a pedido. Pero hacerlo de manera confiable a gran escala y a un costo asequible es un desafío para los investigadores. La producción eficiente de hidrógeno solar requiere materiales raros y costosos, tanto para las células solares como para el catalizador, para recolectar energía y luego convertirla.

A los científicos del Laboratorio de Ciencia e Ingeniería de Energías Renovables (LRESE) de la EPFL se les ocurrió la idea de concentrar la irradiación solar para producir una mayor cantidad de hidrógeno en un área determinada a un costo menor. Desarrollaron un sistema fotoelectroquímico mejorado que, cuando se utiliza junto con la irradiación solar concentrada y la gestión térmica inteligente, puede convertir la energía solar en hidrógeno con una tasa de conversión del 17% y una potencia y densidad de corriente sin precedentes. Y lo que es más, su tecnología es estable y puede manejar la dinámica estocástica de la irradiación solar diaria.

Los resultados de su investigación se acaban de publicar en Energía de la naturaleza . "En nuestro dispositivo, una fina capa de agua corre sobre una célula solar para enfriarla. La temperatura del sistema permanece relativamente baja, permitiendo que la célula solar ofrezca un mejor rendimiento, "dice Saurabh Tembhurne, coautor del estudio. "Al mismo tiempo, el calor extraído por el agua se transfiere a los catalizadores, mejorando así la reacción química y aumentando la tasa de producción de hidrógeno, "añade Fredy Nandjou, investigador de la LRESE. Por lo tanto, la producción de hidrógeno se optimiza en cada paso del proceso de conversión.

Los científicos utilizaron el simulador solar exclusivo de LRESE para demostrar el rendimiento estable de su dispositivo. Los resultados de las demostraciones a escala de laboratorio fueron tan prometedores que el dispositivo se ha mejorado y ahora se está probando en exteriores. en el campus de EPFL en Lausana. El equipo de investigación instaló un espejo parabólico de 7 metros de diámetro que concentra la irradiación solar en un factor de 1, 000 y conduce el dispositivo. Se están realizando las primeras pruebas.

Estaciones de hidrogeno

Los científicos estiman que su sistema puede funcionar durante más de 30, 000 horas, o casi cuatro años, sin reemplazos de piezas, y hasta 20 años si algunas piezas se reemplazan cada cuatro años. Su concentrador solar gira y sigue al sol a través del cielo para maximizar su rendimiento. Sophia Haussener, el responsable de la LRESE y el responsable del proyecto, explica:"En un clima soleado, nuestro sistema puede generar hasta 1 kilogramo de hidrógeno por día, que es suficiente combustible para que un automóvil propulsado por hidrógeno viaje de 100 a 150 kilómetros ".

Para distribuido, generación de hidrógeno a gran escala, varios sistemas concentradores podrían usarse juntos para producir hidrógeno en plantas químicas o para estaciones de hidrógeno. Tembhurne y Haussener planean llevar su tecnología del laboratorio a la industria con una empresa derivada llamada SoHHytec.

Software de código abierto

Gracias a una interfaz abierta, será posible monitorear el desempeño instantáneo del sistema.

Como parte de su investigación, Los científicos también realizaron un estudio de viabilidad tecnológica y económica y desarrollaron un programa de software de código abierto llamado SPECDO (Optimización de dispositivos fotoeléctricos solares, http://specdo.epfl.ch). Este programa puede ayudar a los ingenieros a diseñar componentes para sistemas fotoelectroquímicos de bajo costo para producir hidrógeno solar. Adicionalmente, proporcionaron una herramienta de evaluación comparativa dinámica llamada SPECDC (Comparación de dispositivos fotoeléctricos químicos solares), para la comparación y evaluación de todas las demostraciones de sistemas fotoelectroquímicos.