Convirtiendo el H2O en combustible.

 

La noticia es, cuanto menos, sorprendente y, cuanto más, una gran esperanza para la humanidad. Personalmente, soy bastante cauto en aceptar noticias de este tipo pues, periódicamente, bastante veces hemos oído hablar del motor de agua como para no estar ojo avizor. Sin embargo, esta vez, la noticia proviene de un prestigioso centro tecnológico de Estados Unidos, lo que me obliga a destacar el descubrimiento.

En efecto, un grupo de científicos del MIT —Massachusetts Institute of Technology— ha logrado lo que, hasta hace poco, parecía imposible. Ha dado con un método sencillo y barato de convertir el agua en el ‘proveedor’ del combustible —hidrógeno— que consumen los cohetes, utilizando la energía solar. Este descubrimiento permiten pensar que su desarrollo podría generar una nueva fuente de energía renovable para los hogares —viviendas— y los lugares de trabajo —empresas.
 

Los investigadores han utilizado la electricidad procedente de los paneles solares fotovoltaicos —solar PV— para descomponer el agua en oxígeno e hidrógeno —los componentes del combustible del cohete— con una tecnología que los científicos creen que podría resolver muchos de los problemas que han obstaculizado el desarrollo de las aplicaciones basadas en la energía solar.

Con la ayuda de un simple y, sin embargo, muy eficiente “equipo químico” hecho a partir de materiales disponibles, los científicos han encontrado una manera sencilla de almacenar la energía solar como combustible químico en base a una sustancia química que luego puede ser utilizada para producir energía eléctrica. Además, lo hace sin producir contaminación alguna, utilizando un tipo de generadores de electricidad conocidos como células de combustible de hidrógeno.

Hasta ahora, el concepto se había quedado estancado porque estaba siendo demasiado costoso y además, resultaba difícil utilizar la electricidad generada mediante la energía solar para descomponer el agua en oxígeno e hidrógeno, en un ámbito doméstico. Sin embargo, el nuevo método se basa en el descubrimiento de un catalizador que acelera la conversión de agua en combustible de alta intensidad energética.

Daniel Nocera, del Instituto de Tecnología de Massachussets —MIT— Boston, ha declarado recientemente que el descubrimiento podría eliminar uno de los principales obstáculos que han impedido que la energía solar sea ampliamente aceptada como una alternativa viable a los combustibles fósiles como el petróleo y el gas natural.

El descubrimiento tiene enormes implicaciones para el desarrollo, a gran escala, de la energía solar, ya que nos coloca a las puertas de un sistema de almacenamiento barato y de fácil fabricación. Esta gran facilidad de implementación significa también que este descubrimiento conocerá también un rápido desarrollo

Una vez que se es capaz de utilizar los paneles solares para construir un almacén de energía química que se transporta sin problemas, se podría fácilmente revolucionar el modo en cómo la energía solar puede ser utilizada. No sólo significa que este sistema podría dar energía a un edificio durante la noche, sino que también significa que podría ser generada en los vehículos eléctricos y consumida posteriormente, mediante la utilización de pilas de combustible que funcionan en base a la hidrólisis inversa.

Tal como lo recoge la revista ‘Science’, el secreto de este gran avance científico-técnico radica en el tipo de electrodos utilizados para generar oxígeno e hidrógeno que se insertan en el agua. En este caso, los científicos utilizaron electrodos hechos de una mezcla de cobalto-fosfato y que actuó también como catalizador para acelerar la descomposición de las moléculas de agua en sus componentes básicos: el oxígeno y el hidrógeno.

Como podemos fácilmente comprender, la simplicidad de este proceso es asombrosa. Consiste en la utilización de elementos que son muy comunes —y, por tanto, fácilmente asequibles— para la producción de oxígeno mediante el procedimiento conocido como hidrólisis del agua, manifestó Luis Echegoyen, director de la división química la fundación norteamericana, ‘National Science Foundation’, y que fue la institución que financió los trabajos de investigación.

La luz del sol contiene un potencial energético mayor que cualquier otra fuente de energía. Suficiente como para solucionar todas las necesidades de energía del mundo, teniendo en cuenta que, tan sólo en una hora, la energía solar que nos llega del Sol a la Tierra serviría para cubrir las necesidades de energía de todo el planeta y durante un año.

La técnica de utilizar la luz del sol para descomponer el agua en sus elementos básicos se encuentra en los principios de la fotosíntesis. De esta manera, las plantas convierten la energía proveniente del sol en un almacén químico que puede utilizarse para el crecimiento. Sin embargo, la emulación de este proceso biológico no ha debido ser una tarea nada fácil puesto que se han tardado muchos años en lograrlo.

Los actuales métodos de descomposición del agua en sus elementos básicos, mediante la electrólisis inversa, que se utilizan en la industria funcionan bien pero no son los adecuados para la fotosíntesis artificial, ya que son caros y engorrosos para su aplicación a pequeña escala, tal como resulta necesario en sus aplicaciones, a nivel doméstico y a nivel empresarial; en especial, en el sector de los servicios y el comercio.

Según el Dr. Nocera, dentro de una década, las viviendas se alimentarán de energía, durante el día, a partir de paneles solares fotovoltaicos, y, durante la noche, se utilizará la energía acumulada en baterías para generar hidrógeno mediante la utilización de pilas de combustible.

¿Cómo funcionan los nuevos electrodos?. La luz solar choca contra las células fotovoltaicas de un panel solar y se produce electricidad. La energía eléctrica que no se consume es enviada a los electrodos colocados en un tanque de agua. La electricidad pasa a través de cada electrodo. Un catalizador químico, hecho de una mezcla de cobalto y fosfato, recubre la superficie de cada electrodo, acelerando la velocidad de descomposición del agua en oxígeno e hidrógeno. Este proceso químico se conoce como hidrólisis del agua.

Los dos gases, oxígeno e hidrógeno, burbujean hasta la superficie y se recogen por separado, almacenándose en bidones de seguridad. El catalizador que recubre los electrodos se renueva espontáneamente. El hidrógeno se utiliza como combustible para impulsar un generador conocido como célula de combustible de hidrógeno, que puede alimentar energéticamente un vehículo o una casa, por la noche. El oxígeno puede combinarse con el hidrógeno para producir niveles altos de energía.

Los científicos están tratando ahora de determinar exactamente cómo funciona el catalizador y tienen la esperanza de perfeccionar esta técnica. También están planeando experimentar con otros catalizadores, como el platino, del que se sabe que acelera la velocidad a la que produce hidrógeno cuando los electrodos se colocan en el agua. Sin embargo, dudo mucho que este experimento sea rentable debido a la escasez y altos precios del platino.

A su vez, y en teoría, el sistema debería ser capaz también de trabajar con la electricidad producida por aerogeneradores o turbinas eólicas, que también sufren el problema de potencia variable causada por las diferencias en la velocidad del viento. De este modo, la energía eólica se podría almacenar para utilizarla después, utilizando la hidrólisis del agua para la producción de hidrogeno y oxígeno que se almacenarían y utilizarían después, en pilas de combustible, para producir electricidad, en periodos de calma, cuando el viento apenas sopla.

Verdaderamente se trata de un verdadero sueño que podría hacer cambiar el sistema eléctrico actual de la noche a la mañana. Para ello, será inexcusable que las redes eléctricas optimicen la generación eléctrica distribuida en base a las ‘smart grid’ o redes de distribución electrica inteligentes. En consecuencia, la política energética, en lo que se refiere a la electricidad deberá apoyar la modernización del sistema de redes eléctricas de transporte y distribución del país para mantener una fiable y segura infraestructura eléctrica que pueda satisfacer, sin problemas, el crecimiento de la demanda futura y, de este modo, puedan cumplir con cada una de las diez siguientes condiciones que, en conjunto, caracterizan a una red eléctrica del tipo ‘Smart Grid’:

 

1. Aumento de la utilización de la información digital y la tecnología de control para mejorar la fiabilidad, la seguridad y la eficiencia de la red eléctrica.
2. Dinámica de optimización de las operaciones de red y los recursos, con la plena seguridad cibernética.
3. Desarrollo e integración de los recursos y la generación distribuidos, incluidos los recursos renovables.
4. Desarrollo e incorporación de la satisfacción de la demanda, la demanda de recursos y la eficiencia energética de los recursos.
5. Desarrollo de tecnologías ‘inteligentes’ —en tiempo real, automatizada, tecnologías interactivas que optimicen el funcionamiento físico de los aparatos y dispositivos— para la medición, las comunicaciones relativas a las operaciones y al estado de la red, la automatización de la distribución.
6. Integración de aparatos y dispositivos de consumo ‘inteligentes’.
7. Desarrollo e integración de almacenamiento avanzado de electricidad y de tecnologías de ahorro en picos de demanda, incluidos los enchufes eléctricos y los vehículos eléctricos híbridos y almacenamiento térmico de aire acondicionado.
8. Suministro a los consumidores de información oportuna y de opciones de control.
9. Desarrollo de normas para la comunicación y la interoperabilidad de los aparatos y equipos conectados a la red eléctrica, incluida la infraestructura al servicio de la red.
10. Identificación y eliminación de irrazonables obstáculos o barreras que no son necesarias, ni lógicas para la adopción de tecnologías, prácticas y servicios de redes inteligentes.