Titanio y cobre: duelo al sol para producir hidrógeno

En el desierto del viejo oeste español, en Tabernas, se libra un duelo titánico para convertir la luz del sol en hidrógeno, un recurso energético en alza para el futuro sostenible del mundo. El objetivo de los protagonistas es aumentar su producción de una manera efectiva y amigable con el medio ambiente, pero para lograr esta nueva quimera no entran en escena ni rifles ni vaqueros a caballo.

Para que aumente la eficiencia en la obtención de hidrógeno en plantas solares, los científicos e ingenieros trabajan para optimizar las caracterización de todos los actores que entran en juego: 

• el diseño de los espejos orientados al sol
• el material del que están hechos los tubos
• el uso de alcoholes que utilizan junto al agua 
• el tipo de catalizadores que se utilicen. 

Una vez que se produce la reacción química que reduce las moléculas de agua por la acción de la energía solar, se obtiene hidrógeno y dióxido de carbono.

Estos últimos son compuestos que aceleran las reacciones químicas que se producen durante el proceso. Cuando estos materiales catalíticos se activan con la radiación solar el procedimiento se llama fotocatálisis, una de las mejores armas para imponer la paz energética en este condado llamado planeta.

Hidrógeno verde: el nuevo oro 

Los materiales fotocatalíticos no han logrado hasta el momento unos resultados de eficiencia suficiente para la producción a nivel industrial de hidrógeno verde. Sin embargo, un equipo de investigación del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla, la Plataforma Solar de Almería (CIEMAT) y la Universidad Autónoma de Barcelona propone una nueva opción en un artículo publicado en la revista International Journal of Hydrogen Energy, con la que han mejorado el proceso en la planta piloto del CIEMAT en Almería, usando una mezcla combinada de dióxido de titanio y óxido de cobre como catalizadores.

Equipo de investigadores que han participado en este proyecto.

Los expertos han confirmado que la combinación de óxidos de titanio y cobre amplía hasta un 10% la producción de hidrógeno verde  en comparación con otros sistemas. Los ensayos abren una nueva vía para mejorar el rendimiento de la industria energética. 

El dióxido de titanio (TiO2) es el más usado por su estabilidad química, abundancia, bajo impacto ambiental y por ser capaz de captar la luz ultravioleta. “Nosotros hemos incluido un metal de transición, el cobre, que funciona como cocatalizador y mejora la respuesta en la captación de electrones y su eficiencia, además de ser un material más accesible y económico”, indica a la Fundación Descubre el investigador del CSIC Gerardo Colón, coautor del artículo. 

La novedad que plantean se basa en el precalentamiento de la mezcla de estos compuestos antes de agregarlos, con lo que obtienen una mejora en sus propiedades para la conversión de la luz solar y agua en hidrógeno. 

El sol en acción y reacción

El agua está compuesta de una molécula de oxígeno y dos de hidrógeno. En los fotorreactores, la luz solar incide sobre ella y la divide liberando el oxígeno a la atmósfera y obteniendo hidrógeno molecular, una de las fuentes de energía sostenible más demandada en la actualidad por su mínimo impacto medioambiental y sus amplias posibilidades de obtención.

El investigador del CSIC Gerardo Colón, coautor del artículo.

Así, estos fotorreactores utilizan espejos para concentrar la luz del sol en un punto concreto. Bajo estos colectores cilíndrico-parabólicos, como se denominan a estos paneles, circulan una serie de tubos con agua y otro compuesto, normalmente alcohol. Mediante una reacción se reduce la molécula de agua y produce hidrógeno.

El viejo oeste y la ‘fiebre del sol’

Concretamente, los experimentos se realizaron en la Plataforma Solar de Almería (PSA), perteneciente al Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), en el desierto de Tabernas. La planta piloto consiste en un tanque acoplado a un fotorreactor. Las tuberías tienen una capacidad para 25 litros por las que circulan el agua y el alcohol, que en este caso fue glicerol, obtenido como subproducto de otros procesos industriales. Una vez que se produce la reacción química que reduce las moléculas de agua por la acción de la energía solar, se obtiene hidrógeno y dióxido de carbono.

Los expertos han confirmado que la combinación de óxidos de titanio y cobre amplía hasta un 10% la producción de hidrógeno verde.

Estos estudios permitirán seguir avanzando en la determinación de los valores necesarios para aumentar la producción, aunque son muchos los factores que intervienen en la optimización de la planta y sobre la que se debe seguir investigando. En cualquier caso, el que se hará con la estrella de sheriff en este duelo será nuestro planeta. Los próximos habitantes de esta Tierra se beneficiarán de una energía más limpia y sostenible. Mientras tanto, seguiremos siendo espectadores con entusiasmo de los pasos que la ciencia vaya dando para lograr arrebatar al sol todo el oro que nos pueda dar.