Producción de hidrógeno a partir de energía solar y etanol

La producción de hidrógeno mediante procesos fotocatalíticos es una de las opciones más prometedoras para obtener hidrógeno a partir de la luz solar. Hasta ahora, las investigaciones se han centrado en obtener hidrógeno a partir de agua. Sin embargo, la eficiencia de los fotocatalizadores estudiados para este sistema es muy baja. La reciente publicación en la revista Nature Chemistry de un sistema fotocatalítico de elevada eficiencia para la obtención de hidrógeno a partir de etanol supone un avance importante en este campo.

[Aida Ruiz – Universidad Rey Juan Carlos]

La producción de hidrógeno es un proceso clave para la generación de electricidad en el futuro. Actualmente, el hidrógeno se produce mayoritariamente a partir de combustibles fósiles, siendo necesario desarrollar procesos que no generen emisiones de CO₂. Entre las posibilidades más prometedoras se encuentran los procesos fotocatalíticos con materiales semiconductores que permiten obtener hidrógeno a partir de la luz de sol.

El proceso fotocatalítico implica la excitación de un material semiconductor con fotones cuya energía sea igual o mayor a la diferencia de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción de dicho material. Esto produce la excitación de un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción generándose un hueco en la primera. Estos pares electrón-hueco pueden recombinarse o bien reaccionar con especies absorbidas. Un fotocatalizador efectivo sería aquel que puede utilizar estos huecos y electrones de manera eficiente. Basándose en este principio se ha propuesto obtener el hidrógeno mediante la disociación fotocatalítica del agua. En la Figura 1 se muestra esquemáticamente el funcionamiento de este proceso.

 Figura 1. Disociación fotocatalítica del agua.

Hasta ahora, la obtención de hidrógeno a partir de luz solar se había basado en el uso de agua. Sin embargo, la eficiencia de los fotocatalizadores estudiados para este sistema no supera en 2,5 %, valor muy alejado del 30 % necesario para su aplicación práctica [1]. Por este motivo, la reciente publicación del trabajo sobre fotocatalizadores para la producción de hidrógeno a partir de etanol en la revista Nature Chemistry de la que se hace eco Europapress supone un avance importante en este campo [2-3]. Los autores de este trabajo han desarrollado un fotocatalizador basado en Au/TiO₂ que es muy activo para la producción de hidrógeno a partir de etanol. Una de las grandes ventajas de este proceso es que el etanol puede producirse a partir de recursos renovables como residuos agroforestales y agrícolas. La reacción global del proceso es la siguiente:

 Los autores encontraron que la presencia del Au es fundamental para que se produzca la reacción porque evita que se produzca la recombinación de los electrones y los huecos. Utilizando un material que contiene entre 2-4 % de Au soportado sobre TiO₂ se puede obtener una producción de hidrógeno de 5 L kg_cat^-1min^-1, siendo el valor necesario para una celda de combustible de membrana polimérica de 15 L min^-1. Las altas tasas de producción de hidrógeno obtenidas en este estudio demuestran que los catalizadores basados en Au son excelentes candidatos para la producción fotocatalítica de hidrógeno y su aplicación en pilas de combustible en sustitución de las reacciones de reformado. Aunque estas últimas todavía presentan producciones de hidrógeno más elevadas, deben realizarse a elevada temperatura, mientras que el proceso fotocatalítico tiene la ventaja de que puede realizarse a temperatura ambiente.

REFERENCIAS

[1]     Navarro, R. M.; Sánchez-Sánchez, M. C.; Alvarez-Galvan, M. C.; del Valle, F.; Fierro. J. L. G. Energy Environ. Sci., 2009, 2, 35–54.

[2]     Murdoch, M.; Waterhouse; G. I. N.; Nadeem, M. A.; Metson; J. B.; Keane, M. A.; Howe, R. F.; Llorca, J.; Idriss, H. Nature Chemistry. DOI: 10.1038/NCHEM.1048, 2011.

[3]     www.europapress.es