En la orilla suiza del lago Leman ha crecido un árbol muy singular, no tiente ramas ni hojas pero tiene copa, es de metal y no tiene clorofila pero hace la fotosíntesis produciendo hidrógeno, oxigeno y calor del agua gracias a la energía a solar.
Un grupo de investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, ha desarrollado un dispositivo, bautizado como árbol artificial, que lo hace. Utiliza la luz solar para convertir el agua en hidrógeno, oxígeno y calor, obteniendo de este modo energía limpia y renovable.
Con su aspecto de antena parabólica, de momento este dispositivo es sólo un prototipo, pero sus potenciales aplicaciones pueden extenderse al ámbito industrial, comercial o residencial.
Conseguir hidrógeno del agua por medio de la energía solar ya se realizaba desde hace algún tiempo, pero el éxito de los investigadores helvéticos ha sido conseguir aprovechar el calor acumulado y el oxígeno, que hasta se consideraba un residuo prescindible.
Los promotores creen que la energía generada por una de estas plantas podría cubrir la mitad de las necesidades anuales de energía y calor de un hogar familiar de cuatro personas.
El reactor fotoelectroquímico en el que se produce la electrólisis del agua para obtener hidrógeno y oxígeno.
Según las primeras comprobaciones de los ingenieros, la potencia de salida del reactor es de más de 2 kilovatios de energía, lo que para la directora del Laboratorio Científico-Técnico de Energías Renovables (LRESE) de la EPFL, Sophia Haussener, “representa un paso realmente alentador hacia la realización comercial de esta tecnología”.
Así se cogenera calor y oxigeno
En lo alto de la estructura, la copa del árbol es un plato reflector de la luz solar que concentra la radiación solar casi 1.000 veces. Justo encima hay instalado un reactor fotoelectroquímico que utiliza esta luz solar para convertir el agua en hidrógeno, oxígeno y calor, tres elementos, tres productos de muy alto valor. En el reactor se bombea el agua y se provoca un fenómeno de electrólisis que permite la separación de las moléculas de hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se aprovecha como energía industrial y el oxígeno, que hasta ahora se desechaba, se puede almacenar también y destinarse a usos médicos.
Además, el proceso también genera calor y, por lo tanto, más energía. Con este sistema, en lugar de perderse por radiación, puede aprovecharse para sistemas de calefacción ambiental, según los expertos.
“Esta es la primera demostración a nivel de sistema de generación de hidrógeno solar a escala real. A diferencia de las demostraciones típicas a escala de laboratorio, incluye todos los dispositivos y componentes auxiliares, por lo que nos da una mejor idea de la eficiencia energética que puede esperar una vez que considera el sistema completo, y no solo el dispositivo en sí”, dice Haussener.
“Con una potencia de salida de más de 2 kilovatios, hemos roto el techo de 1 kilovatio de nuestro reactor piloto mientras mantenemos una eficiencia récord para esta gran escala. La tasa de producción de hidrógeno lograda en este trabajo representa un paso realmente alentador hacia la realización comercial de esta tecnología”.
Del prototipo a la realidad
La comercialización de estos aparatos, a través de la empresa SoHHytec, nacida de la EPFL, ya se ha puesto en marcha y para ello se ha levantado una planta de demostración en una instalación de producción de metales suiza. Este bosque solar de pruebas producirá hidrógeno que se utilizará para procesos de recocido de metales, oxígeno que se enviará a hospitales cercanos y calor para el agua necesaria en la fábrica.
“Con las pruebas piloto en la EPFL hemos logrado un hito importante al demostrar una eficiencia sin precedentes a altas densidades de potencia de salida. Ahora estamos ampliando un sistema en una configuración similar a un jardín artificial, donde cada uno de estos árboles artificiales se implementa de manera modular”, explica el cofundador y director ejecutivo de SoHHytec Saurabh Tembhurne.
El sistema podría usarse para proporcionar calefacción central y agua caliente residencial y comercial. También para alimentar celdas de combustible de hidrógeno. Con un nivel de producción de aproximadamente medio kilo de hidrógeno solar al día, el sistema del campus de la EPFL podría alimentar alrededor de 1,5 vehículos de celdas de combustible de hidrógeno que recorran una distancia anual promedio.
Beneficios prácticos
Además, el sistema también tiene la capacidad de almacenar energía en forma de hidrógeno, lo que lo convierte en una solución viable para la generación de energía durante las horas pico de demanda o cuando la producción solar es limitada.
El enfoque en el hidrógeno solar se debe en parte a que el hidrógeno es una forma de almacenamiento de energía muy versátil. Además, cuando se quema este elemento para generar energía, el único subproducto que se genera es agua, lo que lo convierte en una fuente de energía limpia y sostenible.
Este uso de la energía solar para producir hidrógeno también es mucho más eficiente que el uso de paneles solares para generar electricidad y luego usar esa electricidad para producir hidrógeno al unificar en un paso lo que antes eran dos. Además, con los paneles se pierde energía en cada etapa, lo que reduce la eficiencia general de ese sistema.
Aunque este árbol metálico todavía tiene que ser perfeccionado antes de que pueda ser ámpliamente adoptado en la vida común, los resultados de la investigación hasta el momento son muy alentadores y demuestran que el hidrógeno solar podría tener un papel muy importante que desempeñar en el futuro de la energía limpia y sostenible.
Con este sistema de fotosíntesis artificial bien encaminado hacia un desarrollo amplio, Sophia Haussener, del LRESE, explica que ya se están explorando nuevas vías tecnológicas. En particular, el laboratorio está trabajando ahora mismo en un sistema de energía solar a gran escala que busca dividir el dióxido de carbono en lugar de agua, produciendo de materiales útiles como el gas de síntesis para combustible líquido o el etileno, un precursor del plástico verde.