Utilizan luz solar para convertir el agua de mar en combustible

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Científicos han utilizado la luz del sol para convertir agua de mar (H2O) en peróxido de hidrógeno (H2O2), que luego se puede utilizar en las pilas de combustible para generar electricidad.

Es el primer método fotocatalítico de producción de H2O2 que consigue una alta eficiencia suficiente para que el H2O2 se pueda emplear en una pila de combustible.

La mayor ventaja de utilizar H2O2 líquido en lugar de hidrógeno gaseoso (H2), es que la forma líquida es mucho más fácil de almacenar a altas densidades

Los investigadores, dirigidos por Shunichi Fukuzumi la Universidad de Osaka, han publicado un artículo sobre el nuevo método de la producción fotocatalítica de peróxido de hidrógeno en una reciente edición de Nature Communications.

"El recurso más abundante de la Tierra, el agua de mar, se utiliza para producir un combustible solar que es H2O2," dijo Fukuzumi.

La mayor ventaja de utilizar H2O2 líquido en lugar de hidrógeno gaseoso (H2), como la mayoría de las pilas de combustible utilizan hoy en día, es que la forma líquida es mucho más fácil de almacenar a altas densidades. Típicamente, el gas H2 debe ser o muy comprimido, o en ciertos casos, enfrirase a su estado líquido a temperaturas criogénicas. Por el contrario, el H2O2 líquido puede ser almacenado y transportado a altas densidades de forma mucho más fácil y segura.

El problema es que eso, hasta ahora, no ha habido ningún método fotocatalítica eficiente de producir H2O2 líquido. Hay maneras de producir H2O2 que no utilizan la luz solar, pero requieren tanta energía que no son prácticos para su uso en un método cuyo objetivo es producir energía.

En el nuevo estudio, los investigadores desarrollaron una nueva célula fotoelectroquímica, que es básicamente una célula solar que produce H2O2. Cuando la luz solar ilumina el fotocatalizador, éste absorbe fotones y utiliza la energía para iniciar las reacciones químicas (oxidación de agua de mar y la reducción de O2) de manera que en última instancia produce H2O2.

Después de la iluminación de la célula durante 24 horas, la concentración de H2O2 en el agua de mar alcanzó aproximadamente 48 mM, que es muy superior a los valores anteriores registrados de aproximadamente 2 mM en agua pura. La razón de esta gran diferencia es que el cloro cargado negativamente en el agua de mar es el principal responsable de la mejora de la actividad fotocatalítica.

La eficiencia sigue siendo mucho más baja que el de las células solares convencionales, pero se espera mejorarla en el futuro mediante el uso de mejores materiales en la célula fotoelectroquímica 

En general, el sistema cuenta con un total de eficiencia solar en electricidad de 0,28%. (La producción fotocatalítica de H2O2 a partir de agua de mar tiene una eficiencia de 0,55%, y la pila de combustible tiene una eficiencia del 50%).

Aunque el rendimiento total se compara favorablemente con el de algunas otras fuentes de energía solar en electricidad, tales como el biocombustible a base de pasto varilla (0,2%), sigue siendo mucho más baja que la eficiencia de las células solares convencionales. Los investigadores esperan que la eficiencia se puede mejorar en el futuro mediante el uso de mejores materiales en la célula fotoelectroquímica, y también planean encontrar métodos para reducir el costo de producción.

"En el futuro, tenemos la intención de trabajar en el desarrollo de un método de bajo coste para la producción a gran escala de H2O2 a partir del agua de mar", dijo Fukuzumi. "Esto puede sustituir a la actual producción de alto coste de H2O2 de H2 (a partir de gas natural, principalmente) y O2."

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