Investigan nuevas soluciones con materiales de carbono para la producción ecológica de hidrógeno

La energía limpia obtenida de fuentes renovables está sustituyendo gradualmente a la competencia perjudicial para el medio ambiente. Para que su uso se generalice, las fuentes de energía deben ser asequibles y, sobre todo, estar disponibles. En los últimos años, el hidrógeno ha demostrado ser especialmente adecuado para diversas aplicaciones. Sin embargo, su producción se basa actualmente en gran medida en los combustibles fósiles.

Por ello, se lanza el proyecto C2-SPORT (Carbon Composites as Direct Z-Scheme Photocatalysts for Overall Water Splitting), financiado con unos 20.000 euros, como parte del programa de investigación propio de la Universidad de Paderborn.

"Al utilizar la luz solar para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, estamos dando un gran paso hacia el ideal de una fuente de energía rentable y respetuosa con el medio ambiente", explica la profesora María Nieves López Salas, del departamento de Química de la Universidad de Paderborn, que está llevando a cabo el proyecto junto con la Dra. Ying Pan, también del mismo departamento.

Su concepto se basa en el llamado ‘esquema Z directo’, un método inspirado en la fotosíntesis natural. En pocas palabras, se trata de combinar dos tipos de semiconductores. La particularidad es que combina los puntos fuertes de ambos tipos, lo que se traduce en una eficacia de división del agua hasta ahora inigualable. López Salas explica: "La división fotocatalítica del agua basada en semiconductores, que utiliza la energía solar para producir hidrógeno y oxígeno a partir del agua, ha demostrado ser una solución prometedora para abordar problemas energéticos y medioambientales."

Pero sigue habiendo obstáculos. Por ejemplo, es extremadamente difícil dividir completamente el agua en hidrógeno y oxígeno utilizando un solo material catalizador. "En las reacciones fotocatalíticas, la absorción de luz, la separación de portadores de carga y las reacciones superficiales de los catalizadores trabajan conjuntamente para producir hidrógeno a partir de la luz solar. Para obtener un alto rendimiento, estos catalizadores deben, entre otras cosas, absorber bien la luz y separar eficazmente las cargas", prosigue López Salas. Los semiconductores disponibles en la actualidad, que constan de un solo material, sólo pueden cumplir estos requisitos con dificultad.

Estos semiconductores que contienen carbono podrían ser una opción interesante para los sistemas fotocatalíticos de esquema Z. Una de las razones es que tienen una buena actividad fotocatalítica y además son más ligeros que otros materiales, como el dióxido de titanio. Por si fuera poco, son más baratos, fiables y abundantes en la Tierra. Las estrategias adecuadas que deben explorarse podrían convertirlos en excelentes candidatos para la producción de hidrógeno.

Pan afirma: "Comprender esto tendrá un impacto significativo en la búsqueda de tecnologías para convertir la energía solar en hidrógeno. Puede ser la base de catalizadores extremadamente eficientes y un gran paso hacia nuevos dispositivos para la fotosíntesis artificial."