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La energía solar: Obtener hidrògeno a partir del agua

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  • Sol + Agua = Hidrógeno




La energía solar gracias a un catalizador creado por un químico en el MIT, Daniel Nocera , la luz del sol puede fácilmente convertir el agua en hidrógeno .

La energía solar

Si el proceso podría ampliarse, esto haría que ” la energía solar  la principal fuente de energía ,sea un potencial para el mundo. ” voy a mostrar algo que nadie ha demostrado hasta ahora”, dijo Daniel Nocera , profesor de química en el MIT, hablando frente a un auditorio lleno de científicos, investigadores y funcionarios del gobierno de Estados Unidos.

Todo el proceso se basa en recrear el proceso de la fotosíntesis: “Este es el futuro. Así, hemos recreado la hoja de una planta “.

Un salto revolucionario podría transformar el uso ahora  tan sólo marginal de la energía solar a una de las principales fuentes de energía renovables.

Así que los investigadores de MIT han superado un obstáculo importante en el uso de ” energía solar: el almacenamiento de energía durante la producciòn, incluso cuando el sol no brilla. Daniel Nocera nos describe el nuevo proceso revolucionario para almacenar la ” energía solar .

Hasta ahora, la ‘energía solar era una gran fuente de energía , pero sólo para los días soleados porque el almacenamiento de energía adicional para su uso posterior es prohibitivamente caro y muy insuficientes.

Con el anuncio hecho ayer por el MIT ha tenido éxito en la obtención de  bajo costo extremadamente eficiente de la energía solar .

Por lo que este descubrimiento podría desbloquear la fuente más poderosa de las emisiones de CO2 de energía no tóxicas, abundantes, sin límites: el sol.

Este es el nirvana de lo que hemos imaginado durante años”, dijo Daniel Nocera , profesor, investigador del MIT y autor del artículo que describe el experimento y la investigación llevada a cabo.

“El uso de ‘ la energía solar ha sido siempre limitado y lejos de ser una solución -total. Ahora se puede pensar seriamente en un uso de ‘ la energía solar ilimitada “.



Lo que quería mostrar fue una reacción química que genera el oxígeno del agua tanto como lo hacen las  plantas durante la fotosíntesis.

Se consigue así un resultado que podría tener profundas implicaciones para la industria de la energía de todo el mundo.

El experimento llevado a cabo con la ayuda de un catalizador ha querido para mover la primera y la más difícil etapa en la división de agua para producir más fácilmente hidrógeno .

Pero el punto es que este proceso, podría ayudar a superar los principales obstáculos para el uso eficiente de ” la energía solar que puede convertirse en una fuente dominante de energía renovable.

La energía solar tiene un potencial único para generar grandes cantidades de energía limpia,y  no contribuye al calentamiento global.

La energía solar

Pero sin una forma barata  para almacenar esta energía, ” la energía solar no puede sustituir a los combustibles fósiles a gran escala y de manera eficiente.

Nocera tanto, sería capaz de utilizar la luz solar para dividir las moléculas de agua, a continuación, para usarlo en forma de combustible de hidrógeno que más tarde podría ser quemado en un generador o recombinado con oxígeno en una pila de combustible .

Aún más ambicioso sería que la reacción se podría utilizar para dividir las moléculas de agua a partir de agua de mar.

Sol + Agua = Hidrógeno – Cómo funciona el proceso

Inspirado por el proceso de fotosíntesis de las plantas, Nocera y Matthew Kanan (postdoctoral en el laboratorio Nocera ), han desarrollado un proceso sin precedentes que permitirá a la ‘ energía solar dividir el agua en hidrógeno y oxígeno , se recombina dentro de de una pila de combustible, la producción de electricidad para el hogar o el coche sin crear emisiones de CO2, tanto de día como de noche.

El componente clave  del nuevo proceso es un catalizador que produce el oxígeno del agua y otro catalizador valioso que extrae hidrógeno .

El nuevo catalizador es de metal de cobalto, fosfato y un electrodo colocado en el agua.

Cuando la energía eléctrica de una célula fotovoltaica , de una turbina de viento o de cualquier otra fuente de energía llega al electrodo  produce una película delgada en forma de gas oxígeno.

Luego se combina con otro catalizador, tal como platino, capaz de producir hidrógeno a partir de agua, el sistema es capaz de duplicar la división de los átomos que forman la molécula de agua como ocurre durante el proceso de fotosíntesis.

Almacenar la energía que proviene del sol mediante la simulación de un proceso que es similar a la fotosíntesis, los científicos han tratado de hacer desde la década de 1970.

En particular, han tratado de reproducir la forma en que las plantas verdes son capaces de separar las moléculas de agua.

Los experimentos tuvieron éxito, pero sólo mediante el uso de altas temperaturas, soluciones alcalinas peligrosas, o tecnologías raras y caras, tales como catalizadores de platino.

El catalizador Nocera en su lugar es económico y utiliza una temperatura ambiente y sin sustancias cáusticas, las mismas condiciones simples que se encuentran en las plantas.

 

El nuevo catalizador funciona a temperatura ambiente y el  pH del agua neutro; “¿Es fácil de controlar”,  . “Es por eso que cuando se va a aplicar para el proceso de trabajo, es tan fácil de implementar.

Es un paso gigante para la energía limpia, la luz del sol es en realidad el que ofrece el mayor potencial que cualquier otra fuente de energía para la solución de los problemas de requerimientos de energía.

De 1 hora de luz solar que llega a todo el mundo proporcionaría suficiente energìa para cubrir las necesidades energéticas del planeta durante un año.

James Barber, un líder en el estudio de la fotosíntesis, que no participó en el estudio admite que

“Este es un descubrimiento importante con enormes implicaciones para la futura prosperidad de toda la humanidad.

” Ernst Chain, un bioquímico en el Imperial College de Londres ” la importancia de su descubrimiento no puede ser exagerada, ya que abre la puerta para el desarrollo de nuevas tecnologías para la producción de energía, reduciendo así nuestra dependencia de los combustibles fósiles y que abordan el problema global del cambio climático “.

La energía solar

Nocera ve dos formas de tomar ventaja de su descubrimiento:

  • Desalinizar el agua de mar
  • Producir hidrogeno

En primer lugar, un panel fotovoltaico convencional que atrapa la luz del sol para producir electricidad; a su vez, la electricidad se envía a un dispositivo llamado “electrolizador”, lo que sería los catalizadores que divide las moléculas de agua.

De hoja artificial Michael Grätzel

Michael Grätzel , sin embargo, un profesor de la química e ingeniería química en la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suiza, fue una de las primeras personas que Nocera explicó el experimento con su nuevo catalizador. “Estaba tan emocionada”, explica Grätzel . “Me llevó a un restaurante y compró una enorme botella de vino caro.”

En 1991, Grätzel inventó un nuevo tipo prometedor de célula solar. Se hace uso de un colorante que contiene rutenio, que actúa de una manera muy similar a la clorofila en una planta, que absorbe la luz y libera electrones.

En la célula solar de Grätzel los  electrones luego son recogidos por una película de dióxido de titanio y dirigido a través de un circuito externo, la generación de electricidad.

Grätzel cree ahora que puede integrar su celda solar muy fácilmente al catalizador de Nocera en un dispositivo que utilice la ‘ energía solar para dividir el agua.

Los tintes solares cuando se exponen a la luz, son capaces de generar la tensión necesaria para el sistema. “El colorante actúa como un alambre molecular que conduce los electrones a una distancia”, explica Grätzel .

Este segundo enfoque podría entonces emplear un sistema que imita más estrechamente la estructura de una hoja.

Los catalizadores se desplegarían lado a lado y con la ayuda de moléculas de colorante especiales diseñados para absorber la luz solar, la energía captada por los tintes solares sería utilizado directamente para la reacción de escisión de las moléculas de agua.

En ambos casos, la ” energía solar se podría convertir en combustible de hidrógeno , y luego podría ser fácilmente almacenado y usado durante la noche o cuando es necesario. “Con este descubrimiento, tenemos la intención de cambiar totalmente la industria de la energía”, dijo a la audiencia Nocera .

 

  • Sol + Agua = Hidrógeno – Este es sólo el comienzo

Hasta la fecha, la tecnología disponible para dividir el agua y producir electricidad sólo se utiliza a nivel industrial y es muy caro, pero explica Nocera que es muy seguro para el desarrollo de la integración de estos sistemas para instalaciones fotovoltaicas.

“Este es sólo el comienzo”,, con la esperanza de que dentro de 10 años los edificios siempre puedan acumular más energía del sol y por medio del  uso del exceso  para producir hidrógeno y así las pilas de combustible producen electricidad nueva, incluso cuando el sol no hace c ‘que es.

La hoja artificial para la producción de combustible y la desalinizaciòn  del agua de mar podrían proporcionar grandes promesas.

Sin embargo, para muchos científicos, tales posibilidades parecen imposible y utópico. Pronto llega a la conclusión Nocera usando un proceso simple que nos enseñó por naturaleza, los seres humanos podrían utilizar el sol “para producir combustibles a partir de un vaso de agua.

” Esta idea tiene una elegancia tal que cada científico e investigador escéptico aunque puedan apreciar y sobre todo ofrecer la esperanza de que todo el mundo debe encontrar.

El proyecto forma parte de la MIT Energy Initiative , un programa diseñado para contribuir a la transformación del sistema energético global para satisfacer las necesidades del futuro para contribuir a la realización de un puente entre las necesidades actuales de la energía y los sistemas futuros.



Por lo que el éxito de Nocera y su laboratorio demuestra la importancia del estudio y desarrollo de diversas formas de suministro de energía, ya que pueden ser soleado y la de ‘ hidrógeno , además de una combinación de diferentes fuentes de financiación del gobierno, asociaciones y fundaciones filantrópicas y el solar.

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