Hidrógeno verde sin electricidad: El invento surcoreano que promete revolucionar la energía limpia

Producir hidrógeno verde suele requerir grandes instalaciones solares o eólicas y equipos industriales que utilizan electricidad para separar el agua en hidrógeno y oxígeno. Este proceso necesita mucha energía y supone una inversión importante. Sin embargo, un grupo de científicos de Corea del Sur desarrolló un dispositivo que puede producir hidrógeno directamente a partir del agua y la luz solar, sin conectarse a una red eléctrica.

El trabajo fue realizado por investigadores del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST). Su propuesta busca simplificar la producción de este combustible al integrar la captación de luz y la reacción química en un mismo dispositivo, sin tener que recurrir a un sistema de electrólisis independiente.

¿Cómo consigue producir hidrógeno utilizando luz solar?

A diferencia de los sistemas solares convencionales, que primero convierten la luz en electricidad para alimentar otros equipos, esta tecnología utiliza un proceso fotoelectroquímico. En otras palabras, aprovecha directamente la energía del sol para provocar la separación del agua en sus dos componentes.

Para conseguirlo, los investigadores diseñaron una estructura formada por dos capas superpuestas de semiconductores orgánicos. Cada una capta una parte diferente del espectro solar y ambas trabajan juntas cuando reciben la luz.

La energía de los fotones permite generar una tensión superior a 1,6 voltios, suficiente para impulsar la reacción química que separa el hidrógeno del oxígeno. Así, el dispositivo puede funcionar sin recibir electricidad de una batería o de un enchufe externo.

Otro problema que intentaron resolver fue la duración de los materiales. En modelos anteriores, la humedad y las condiciones químicas del proceso aceleraban el deterioro de las celdas y reducían su rendimiento después de pocas horas.

Para evitarlo, el equipo incorporó una conexión entre los semiconductores basada en óxido de molibdeno. Con esta modificación, el prototipo conservó el 86% de su rendimiento después de diez horas de funcionamiento continuo, una mejora frente a los modelos anteriores.

Menos metales costosos para producir el combustible

El uso de materiales escasos también es un problema para el desarrollo de tecnologías de hidrógeno. Algunos sistemas necesitan catalizadores fabricados con metales como el platino y el iridio, que tienen un costo elevado y una disponibilidad limitada.

En el dispositivo desarrollado por UNIST, los investigadores redujeron considerablemente la cantidad de estos materiales. El electrodo encargado de producir hidrógeno utiliza apenas un 0,1% de platino en masa.

Para la parte que libera oxígeno, en cambio, el equipo recurrió a una combinación de níquel, hierro y cobalto. Estos materiales permiten reducir la dependencia de catalizadores más costosos.

El estudio también incluye estimaciones sobre cuánto podría costar producir el hidrógeno con esta tecnología. Con una eficiencia del 7,9%, el cálculo sitúa el precio en unos 9,26 dólares por kilogramo. Si la eficiencia llegara al 16% y el sistema pudiera fabricarse a mayor escala, el costo estimado bajaría a 4,26 dólares por kilogramo.

Estas cifras corresponden a proyecciones del estudio y no a precios de producción comercial. Todavía será necesario comprobar cómo se comporta la tecnología cuando se fabriquen dispositivos más grandes y funcionen durante periodos prolongados.

Una prueba al aire libre más allá del laboratorio

Uno de los pasos importantes de la investigación fue probar el dispositivo fuera del laboratorio. Para ello, los científicos construyeron un módulo de 320 centímetros cuadrados y lo expusieron a la luz solar natural.

La prueba permitió observar cómo respondía el sistema en condiciones reales, con los cambios de luz y temperatura propios del exterior. El dispositivo consiguió producir hidrógeno sin recurrir a una fuente eléctrica externa.

Los semiconductores orgánicos utilizados también ofrecen algunas posibilidades para su fabricación. Como pueden procesarse en soluciones líquidas, existe la posibilidad de producirlos mediante técnicas de impresión sobre superficies más grandes. Esto podría facilitar la fabricación de módulos y reducir algunos costos, aunque todavía hace falta desarrollar esa capacidad a escala industrial.

¿Qué lugar podría ocupar en la transición energética?

El hidrógeno verde se considera una alternativa para sectores en los que reducir las emisiones resulta especialmente complicado. Entre ellos están la producción de acero, el transporte marítimo, la aviación y algunas actividades mineras, donde sustituir los combustibles tradicionales requiere cambios importantes en los procesos industriales.

Una tecnología que produzca hidrógeno directamente con agua y luz solar podría abrir nuevas posibilidades para generar este combustible sin depender de grandes instalaciones eléctricas. Sin embargo, el dispositivo todavía está lejos de llegar al mercado.

Uno de los principales desafíos será aumentar su vida útil. Diez horas de funcionamiento son un resultado interesante para un prototipo, pero una instalación comercial necesitaría operar durante miles de horas y mantener un rendimiento estable.

Por ahora, el desarrollo de UNIST muestra que es posible producir hidrógeno mediante un sistema más integrado y con materiales que reducen el uso de metales costosos. El siguiente paso será comprobar si puede mantener esas ventajas cuando la tecnología salga del laboratorio.