Una nova cèl·lula solar potent produeix tant combustible d’hidrogen com energia elèctrica

En un camp que és essencialment doblar l’aigua amb les energies renovables, els investigadors han aprofitat amb èxit la fotosíntesi per dividir l’aigua per produir combustible d’hidrogen. La divisió d’H2O en el seu nivell molecular és una cosa que els científics han estat fent des de fa més de 200 anys, i podrien mantenir la clau temptadora d’una economia d’hidrogen lliure d’emissions: si només es podia augmentar.

Afortunadament, hem avançat a l'hora de reduir els costos, i els investigadors també s'han apropat a dominar l'art de la fotosíntesi artificial, però la baixa eficiència manté el procés de somiar en gran, almenys fins ara.

Segons un nou article publicat dilluns a la venda Materials naturals pel Laboratori Nacional Lawrence Berkeley, que presenta una solució híbrida senzilla i elegant que ignora el coll d'ampolla actual per a les cèl·lules fotoelectroquímiques.

"És un dinar gratuït", explica l'investigador principal Gideon Segev Invers.

Vídeo relacionat

Les cel·les fotoelectroquímiques són l'aigua i la flexió de la llum de Science

Les cèl·lules fotoelectroquímiques solen ser una pila de diferents materials que absorbeixen la llum. Cada capa absorbeix una longitud d’ona diferent i genera tensions elèctriques que culminen en una tensió suficientment forta per dividir l’aigua en oxigen i combustible d'hidrogen.

Això, naturalment, sona com un bon ús de la llum solar. Però fins i tot quan les cèl·lules solars de silici funcionen bé, sorgeixen problemes quan els altres materials de la pila no poden coincidir amb el seu rendiment, deixant que l'energia es malgasti.

"Necessiteu dos materials, idealment el silici i, a més, alguns altres materials que absorbeixin la part més energètica del material", explica Segev. "El coll d'ampolla del sistema és i sempre serà l'altre material, de manera que la investigació consisteix principalment a fer que l'altre material sigui millor."

Com els electrons presenten una solució elegant

Amb tanta investigació centrada en aquest "altre material", Segev i el seu equip van decidir fer un pas enrere, mirant com podrien millorar el sistema. I es van adonar que hi ha tota una altra font d’energia a l’hora d’haver-se aprovat: electrons.

"Teniu aquest material semiconductor i absorbeix llum. La llum es pot considerar com una partícula. Així, quan s'absorbeix un fotó, dóna energia a l'electró, en el seu estat excitat ”, explica Segev. “Es pot dir que l'electró té un temps específic abans de perdre l'energia, l'energia que els fotons li van donar.

La investigació anterior va permetre simplement que les cèl·lules s'escalfessin i deixessin que l'energia es dissipés. L’equip de Segev va donar literalment l’energia de l’electró a un punt de venda. Mentre que la majoria de dispositius de separació d'aigua solen tenir dos costats, un per produir combustibles solars i l'altre per alliberar el corrent, aquest nou prototip té dues sortides a la part posterior, una per a la generació de combustible solar i una per a energia elèctrica. Dos tipus d’energia, una cel·la.

El prototip, que va suposar 19 irracionals iteracions durant un any per crear-lo, té un potencial espectacular de la taxa d’eficiència de l’energia solar al combustible d’hidrogen, del 6,8% actual. Amb els materials ideals, el grup va calcular un augment potencial al 20,2 per cent, triplicant la taxa de cèl·lules d'hidrogen solar convencional.

De sobte, les estacions de subministrament d'hidrogen solar del futur no semblen desesperades, tot i que es necessiten investigacions addicionals abans de poder generar una utopia alimentada per hidrogen.

"Si funcionés de manera eficient i fos competitiva en costos, potser podrem començar a parlar d'estacions de subministrament comercial o d'hidrogen que són alimentades pel sol", diu Segev. "Però crec que això és molt prematur en aquesta etapa, de manera que no estem en un moment en què podem parlar de fer d’aquesta tecnologia una gent que veurà en la seva vida demà al matí".

Però Segev, podem somiar.

Correcció: una versió anterior de la història va imprimir erròniament que el prototip va aconseguir la triple eficàcia, mentre que això continua sent un càlcul. La història s'ha actualitzat amb comentaris addicionals de l’autor de l’estudi.